Eturivin kolmannen lähtöpaikan taisteli Cal Crutchlow satelliittitallin Yamahallaan. MotoGP-luokan aika-ajo jouduttiin hetkeksi keskeyttämään punalipuilla 11 minuuttia ennen tunnin aika-ajon loppumista CRT-kuljettajien Randy de Punietin ja Colin Edwardsin kolaroitua.
De Puniet menetti Apriliansa etupyörän pidon ja liukuessaan pitkin asfalttia osui Edwardsiin. Randy de Puniet käveli paikalta, mutta Edwardsilta murtui solisluu.
MM-pistejohdossa oleva Jorge Lorenzo tavoitteli viidettä perättäistä Estorilin paalupaikkaa vielä punaisten lippujen noustessa. Lopulta hän tippui neljänneksi.
Aika-ajon lopulla Stoner nousi johtoon vain yhden kymmenyksen erolla Dani Pedrosaan.
Hector Barbera oli aika-ajossa nopein Ducati-ajaja kahdeksannella sijallaan.
Nopein CRT-kuljettaja oli Aleix Espargaro, joka oli aika-ajossa sijalla 12.
Portugalin GP, 5.5.2012
Aika-ajo, MotoGP
1. Casey Stoner AUS Repsol Honda (RC213V) 1m 37.188s
2. Dani Pedrosa ESP Repsol Honda (RC213V) 1m 37.201s
3. Cal Crutchlow GBR Monster Yamaha Tech3 (YZR-M1) 1m 37.289s
4. Jorge Lorenzo ESP Yamaha Factory Racing (YZR-M1) 1m 37.466s
5. Ben Spies USA Yamaha Factory Racing (YZR-M1) 1m 37.723s
6. Alvaro Bautista ESP San Carlo Honda Gresini (RC213V) 1m 37.917s
7. Andrea Dovizioso ITA Monster Yamaha Tech3 (YZR-M1) 1m 37.943s
8. Hector Barbera ESP Pramac Racing (GP12) 1m 38.006s
9. Valentino Rossi ITA Ducati Team (GP12) 1m 38.059s
10. Nicky Hayden USA Ducati Team (GP12) 1m 38.253s
11. Stefan Bradl GER LCR Honda MotoGP (RC213V) 1m 38.265s
12. Aleix Espargaro ESP Power Electronics Aspar (ART CRT) 1m 39.353s
13. Karel Abraham CZE Cardion AB Motoracing (GP12) 1m 39.398s
14. Randy De Puniet FRA Power Electronics Aspar (ART CRT) 1m 39.586s
15. Yonny Hernandez COL Avintia Blusens (FTR-Kawasaki CRT) 1m 40.029s
16. Michele Pirro ITA San Carlo Honda Gresini (FTR-Honda CRT) 1m 40.225s
17. Mattia Pasini ITA Speed Master (ART CRT) 1m 40.387s
18. Colin Edwards USA NGM Forward Racing (Suter-BMW CRT) 1m 40.964s
19. James Ellison GBR Paul Bird Motorsport (ART CRT) 1m 41.394s
20. Danilo Petrucci ITA Came IodaRacing (Ioda-Aprilia CRT) 1m 41.486s
21. Ivan Silva ESP Avintia Blusens (FTR-Kawasaki CRT) 1m 41.490s