Catatan terbaik Vinales, satu menit 31,411 detik di babak kualifikasi, 0,312 detik lebih cepat dari pesaing terdekatnya sekaligus memecahkan rekor trek sebelumnya yang dipegang oleh Jorge Lorenzo.
Duet Petronas Yamaha Franco Morbidelli dan Fabio Quartararo melengkapi baris pertama start, sedangkan rekan satu tim Vinales, Valentino Rossi di P4.
Itu juga merupakan kali pertama bagi Yamaha mengunci empat posisi start terdepan di sesi kualifikasi MotoGP.
Baca juga: Vinales rebut pole position GP San Marino, empat Yamaha terdepan
Vinales dan para rider Yamaha punya modal kuat untuk balapan seri keenam di kalender 2020 itu.
"Untuk besok, kami tidak tahu apa yang akan terjadi, tapi hari ini dan juga Jumat kami kuat, jadi besok kami akan mencoba untuk tampil kuat lagi," kata Vinales setelah meraih pole position ke-12 sepanjang kariernya di kelas premier, seperti dilansir laman resmi tim.
"Aku akan menekan sejak awal. Tentunya, balapan akan sangat panjang dan berat, jadi kami akan mencoba untuk bermain cerdas, dan kemudian lihat apa yang bisa kami lakukan."
Setelah dua hasil mengecewakan di Austria, situasinya tampak berbeda bagi Yamaha di Misano, yang akan menggelar dua balapan musim ini.
"Pole lap Maverick itu luar biasa. Dia berencana melakukan tiga kali time attack, berganti motor dua kali, dan awalnya aku sedikit khawatir," kata direktur tim Monster Energy Yamaha Massimo Meregalli.
Baca juga: Quartararo, Morbidelli bawa Petronas Yamaha puncaki FP2 GP San Marino
"Terkadang kalian butuh sedikit waktu membiasakan diri dengan motor ketika berganti satu ke yang lainnya, tapi dia melakukan tugas yang luar biasa. Sangat impresif.
"Valentino juga tampil kuat hari itu, bertarung di depan, demikian juga keempat Yamaha.
"Kita menyaksikan sejarah dibuat hari ini, karena ini pertama kalinya Yamaha mengunci empat posisi start terdepan di sesi kualifikasi MotoGP.
Keempat pebalap Yamaha itu di Misano tahun lalu juga tampil kuat, finis lima besar dan hanya kalah dari Marc Marquez yang menjuarai balapan kala itu.
Baca juga: Rossi pimpin serbuan Yamaha di FP3 GP San Marino
Rossi, yang sempat menjadi yang tercepat di FP3, juga merasakan Yamaha cukup kompetitif di aspal baru Misano.
"Start dari posisi keempat masih cukup bagus, laju kami tidak terlalu buruk. Kelihatannya Yamaha memiliki kecepatan yang sangat baik.
"Pertarungan akan sulit seperti biasanya, bukan hanya Maverick, tapi juga Quartararo dan Franco, kami membalap sangat baik sejak Jumat pagi.
"Jadi aku rasa aku harus start yang baik, memperbaiki diri untuk besok dan mencoba bertarung untuk podium."
Baca juga: Quartararo ingin kembali ke performa terbaiknya di MotoGP San Marino
Senada dengan dua pebalap tim pabrikan itu, Quartararo kembali menemukan performanya untuk start dari baris terdepan.
"Aku merasa cukup positif karena kami memiliki kecepatan untuk juara, jadi kita lihat apa yang akan terjadi," kata pebalap Prancis itu.
Sirkuit Misano telah diaspal ulang tahun ini menjelang seri San Marino. Balapan kali ini juga menjadi yang pertama kalinya dihadiri oleh penonton, dibatasi sebanyak 10.000 di bawah protokol kesehatan ketat.
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.
Baca juga: Hasil FP1 GP San Marino: Vinales tampil tercepat
Baca juga: Crutchlow dinyatakan tidak fit untuk GP San Marino
Baca juga: Bagnaia dan Crutchlow dinyatakan fit untuk GP San Marino