Sul circuito di Portimao, sede del GP del Portogallo, Lewis Hamilton ha conquistato la nona pole position su dodici qualifiche. Nonostante Valtteri Bottas fosse sembrato più in forma del sei volte campione del mondo risultando il più rapido nei tre turni di prove libere, Hamilton è riuscito a strappare la prima posizione al compagno di squadra. Entrambi hanno scelto di montare gomme medie per il proprio assalto al miglior tempo, sulla base dei dati raccolti nel Q2. Mentre Bottas ha fatto un solo giro, Hamilton ha invece scelto di effettuare due passaggi cronometrati. La mossa si è rivelata vincente, con il secondo passaggio che è stato decisivo per strappare la pole position a Bottas, che nel primo tentativo aveva invece avuto la meglio per 180 millesimi. Dopo aver mostrato una grande velocità con le gomme medie nel corso delle prove libere, i due piloti Red Bull hanno optato per montare la mescola più morbida nel Q3. Max Verstappen è stato vicinissimo a inserirsi tra le Mercedes, ma alla fine ha dovuto accontentarsi della terza posizione, mentre Alexander Albon è risultato sesto.

Notevole quarto posto per un grande Charles Leclerc, autore di un giro eccezionale con una Ferrari il cui nuovo fondo sembra aver dato un poco di verve alla Rossa. Leclerc ha impiegato le gomme soft, al contrario, Sebastian Vettel con le medie non ha superato il Q2 ed è desolatamente quindicesimo. Un vero calvario per lui questo finale di stagione in cui sembra aver perso ogni motivazione. Quinta posizione per un consistente Sergio Perez su Racing Point-Mercedes, che ha beffatoAlbon, lontano cinque decimi dal compagno Verstappen. Quarta fila per le McLaren-Renault di Carlos Sainz e Landor Norris, mentre Pierre Gasly, velocissimo nelle libere, è nono con l'Alpha Tauri-Honda. Il francese scatterà davanti a Daniel Ricciardo, che all'ultimo giro del Q2 è andato a sbattere con il posteriore, perdendo la propria Renault sullo sporco. L'australiano è riuscito comunque a passare nel Q3, ma non ha potuto scendere in pista.

Il suo compagno Esteban Ocon è invece stato il primo degli esclusi dal Q2 davanti a Lance Stroll, apparso in difficoltà a Portimao. Daniil Kvyat precede George Russell, strepitoso con la Williams-Mercedes nel superare la prima tagliola e chiudendo il Q2 davanti a Vettel. Eliminata nel Q1 l'Alfa Romeo-Ferrari di Kimi Raikkonen che ha preceduto il compagno Antonio Giovinazzi e le Haas-Ferrari di Romain Grosjean e Kevin Magnussen. Nicholas Latifi chiude il gruppo dopo aver cambiato la scocca nella notte, come Gasly.

Sabato 24 ottobre 2020, qualifica
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1 - Lewis Hamilton (Mercedes) - 1'16"652 - Q3
2 - Valtteri Bottas (Mercedes) - 1'16"754 - Q3
3 - Max Verstappen (Red Bull-Honda) - 1'16"904 - Q3
4 - Charles Leclerc (Ferrari) - 1'17"090 - Q3
5 - Sergio Perez (Racing Point-Mercedes) - 1'17"223 - Q3
6 - Alexander Albon (Red Bull-Honda) - 1'17"437 - Q3
7 - Carlos Sainz (McLaren-Renault) - 1'17"520 - Q3
8 - Lando Norris (McLaren-Renault) - 1'17"525 - Q3
9 - Pierre Gasly (Alpha Tauri-Honda) - 1'17"803 - Q3
10 - Daniel Ricciardo (Renault) - nessun tempo - Q3
11 - Esteban Ocon (Renault) - 1'17"614 - Q2
12 - Lance Stroll (Racing Point-Mercedes) - 1'17"626 - Q2
13 - Daniil Kvyat (Alpha Tauri-Honda) - 1'17"728 - Q2
14 - George Russell (Williams-Mercedes) - 1'17"788 - Q2
15 - Sebastian Vettel (Ferrari) - 1'17"919 - Q2
16 - Kimi Raikkonen (Alfa Romeo-Ferrari) - 1'18"201 - Q1
17 - Antonio Giovinazzi (Alfa Romeo-Ferrari) - 1'18"323 - Q1
18 - Romain Grosjean (Haas-Ferrari) - 1'18"364 - Q1
19 - Kevin Magnussen (Haas-Ferrari) - 1'18"507 - Q1
20 - Nicholas Latifi (Williams-Mercedes) - 1'18"777 - Q1