The Doctor mencetak waktu terbaik satu menit 31,861 detik, diikuti rekan satu timnya, Maverick Vinales dengan margin tipis 0,075 detik di peringkat kedua, demikian laman resmi MotoGP.
Di belakang duet tim Monster Energy Yamaha itu, Fabio Quartararo berjarak 0,100 detik untuk meneruskan tren positif tim Petronas Yamaha.
Baca juga: Crutchlow dinyatakan tidak fit untuk GP San Marino
Baca juga: Rossi, Quartararo dibuat bingung kenapa Yamaha absen di tes Misano
Jack Miller dari tim Pramac Ducati menjadi penantang terdekat pasukan Yamaha setelah finis 0,268 detik dari pemuncak sesi, diikuti duet Suzuki Ecstar, Alex Rins dan Joan MIr.
Francesco Bagnaia (Pramac Racing) dan Johann Zarco (Esponsorama Racing) meramaikan sesi latihan ketiga di P7 dan P8.
Andrea Dovizioso merangsek ke peringkat sepuluh besar untuk mendapatkan slot terakhir ke Q2 setelah finis satu slot di bawah Franco Morbidelli yang mengamankan P9 untuk Petronas Yamaha.
Dengan hasil di FP3 itu, Rossi memiliki catatan waktu terbaik dari ketiga sesi latihan yang telah digelar, mengungguli Vinales dan Quartararo.
Sepuluh pebalap teratas di FP3 mendapati catatan terbaiknya dari ketiga sesi latihan sehingga mereka berhak lolos langsung ke sesi kedua kualifikasi.
Sementara itu, Pol Espargaro (KTM Factory Racing) terlempar ke P11 dan bakal harus berjuang di Q1 yang juga akan menjadi ajang pertarungan bagi Takaaki Nakagami (LCR Honda), Miguel Oliveira (KTM Tech 3), dan Danilo Petrucci (Ducati).
Cal Crutchlow (LCR Honda) bakal melewatkan GP San Marino setelah dinyatakan tidak fit untuk balapan.
Juara bertahan Marc Marquez masih absen dan bakal melewatkan balapan kelimanya musim ini setelah mengalami patah lengan kanan pada seri pembuka. Honda menyatakan jika masa pemulihan pebalap Spanyol itu bisa dua hingga tiga bulan.
Sirkuit Misano telah diaspal ulang tahun ini menjelang seri San Marino. Balapan kali ini juga menjadi yang pertama kalinya dihadiri oleh penonton, 10.000 per hari di bawah protokol kesehatan yang diterapkan secara ketat.
Baca juga: Rossi bantah akan pensiun dari MotoGP
Baca juga: Quartararo, Morbidelli bawa Petronas Yamaha puncaki FP2 GP San Marino
Baca juga: Hasil FP1 GP San Marino: Vinales tampil tercepat
Catatan sepuluh besar dari ketiga sesi latihan
1 V. ROSSI 1:31,861
2 M. VIÑALES +0,075
3 F. QUARTARARO +0,100
4 J. MILLER +0,268
5 A. RINS +0,345
6 J. MIR +0,377
7 F. BAGNAIA +0,387
8 J. ZARCO +0,407
9 F. MORBIDELLI +0,420
10 A. DOVIZIOSO +0,557