Pria Jerman itu mengukir waktu satu menit 20,294 detik. Ia mengungguli pebalap Red Bull Racing, Max Verstappen, dengan keunggulan 0,032 detik.
Hasil yang diraih Vettel ini sekaligus membuat Ferrari menyapu bersih catatan waktu tercepat pada sesi-sesi latihan di sirkuit yang menjadi kandang mereka, setelah pada dua sesi sebelumnya Charles Leclerc menjadi yang tercepat.
Hanya selisih waktu 0,103 detik yang memisahkan empat pebalap tercepat. Posisi ketiga diduduki Vallteri Bottas yang membela Mercedes, dan pebalap Ferrari Leclerc berada di urutan keempat.
Sementara itu urutan kelima dan keenam ditempati Daniel Ricciardo dan Lewis Hamilton, dengan selisih waktu 0,0301 yang memisahkan pemuncak klasemen itu dengan posisi teratas.
Sesi latihan bebas ketiga ini sempat ditunda akibat kecelakaan yang terjadi pada balapan Formula 3.
Pebalap Campos Racing Alex Peroni terpental akibat melindas kerb yang ada di sisi lintasan, di tikungan Parabolica. Meski terlempar cukup tinggi ke udara, namun Peroni tidak mengalami luka-luka serius.
Penundaan latihan bebas ketiga bagi para pebalap Formula 1 disebabkan karena para petugas balapan harus membersihkan sisa-sisa kerb tersebut.
Catatan waktu sejumlah pebalap Formula 3 harus dihapus setelah melaju melebar menuju area Parabolica, setelah kerb tersebut dihilangkan.
Insiden itu akan dianalisis oleh para petugas FIFA, untuk kemudian diambil kesimpulan apakah sausage kerbs - semacam "polisi tidur" - merupakan cara yang cocok untuk membatasi kecepatan di tikungan-tikungan cepat.
Baca juga: Mercedes waspadai ancaman Ferrari di Monza
Baca juga: Diam-diam Vettel berjasa atas kemenangan Leclerc di Spa