L’australiano di 24 anni, che ha guidato la classifica per gran parte della stagione prima di perdere costanza e risultati, ha fatto segnare il giro più veloce in un minuto e 20.924 secondi.
Norris, che lo precede di 24 punti nella corsa al titolo insieme a Max Verstappen, è stato battuto di 0,058 secondi negli ultimi minuti.
Fernando Alonso ha chiuso terzo per Aston Martin davanti a Carlos Sainz della Williams, al debuttante dei Racing Bulls Isack Hadjar e a Verstappen, che con la Red Bull è rimasto a mezzo secondo dal ritmo delle McLaren.
Alex Albon ha chiuso settimo con la seconda Williams, davanti a Charles Leclerc della Ferrari, Lance Stroll con l’altra Aston Martin e il giovane italiano Kimi Antonelli per Mercedes.
Hamilton in difficoltà
Il sette volte campione Lewis Hamilton si è piazzato 12esimo, a otto decimi dalla vetta, con la seconda Ferrari e, come molti altri piloti, ha dovuto affrontare una serie di uscite di pista in una sessione pomeridiana complicata al Lusail International Circuit.
Norris ha iniziato con calma e dopo 25 minuti aveva completato solo sei giri, dato che la McLaren aveva ritardato l’ingresso in pista di entrambe le vetture per effettuare vari controlli di sicurezza e meccanici.
Di conseguenza, Norris era 20esimo e ultimo quando si sono accesi i riflettori, iniziando la sua rimonta in classifica, e piazzandosi all’11° posto, due posizioni dietro Piastri, dopo mezz’ora.
Ancora a otto decimi dal miglior tempo dopo due uscite di pista ha provato a recuperare anche con l'aiuto del team: "Dove posso recuperare 1,6 secondi?", ha chiesto al suo ingegnere di pista.
Come la McLaren, anche la Ferrari ha faticato a trovare equilibrio e velocità pura, con Leclerc 14esimo e Hamilton 12esimo dopo 40 minuti e diverse escursioni fuori pista, alle prese con condizioni polverose e sconnesse.
La perseveranza di Norris ha iniziato a dare i propri frutti quando è salito al quarto posto, mentre Piastri è rimasto decimo.
Verstappen, chiaramente insoddisfatto della sua vettura, ha passato gran parte della sessione a lamentarsi del set-up.
"Ogni volta che tolgo il piede dall’acceleratore, la macchina salta tantissimo," ha detto, aggiungendo poi che "l’uscita dalla curva è un disastro".
A 12 minuti dalla fine, Oliver Bearman è passato alle gomme soft sulla sua Haas, mentre le squadre hanno iniziato a valutare le opzioni di pneumatici in vista delle qualifiche sprint di venerdì e di un Gran Premio, domenica, in cui tutte le gomme saranno limitate a un massimo di 25 giri – una regola pensata per la sicurezza che garantirà una gara a due soste.
Hadjar, con le soft, è salito in testa prima che Alonso e le due McLaren mostrassero il loro vero potenziale, con Norris che ha segnato 1:20.982 per prendersi la vetta davanti a Piastri, il quale ha poi risposto con un giro in 1:20.924 conquistando il miglior tempo.
Per Piastri, che aveva guidato il campionato per 15 Gran Premi a inizio stagione, si tratta di una spinta importante in vista della Sprint del sabato e delle ultime due gare in Qatar e Abu Dhabi.