Sempat ada perebutan posisi teratas pada awal-awal sesi. Namun, pembalap Monster Energy Yamaha, Fabio Quartararo, kemudian bercokol di nomor satu.
Quartararo mampu mempertahankan posisi tersebut selama kurang lebih sepuluh menit. Pembalap Mooney VR46, Marco Bezzecchi, kemudian berhasil mengkudeta Quartararo dan menjadi yang tercepat untuk sementara.
Sementara itu, pembalap Repsol Honda, Marc Marquez, terlihat masih kesulitan untuk menembus sepuluh besar. Berbeda dengan sang kakak, adiknya, Alex Marquez, mampu berada di posisi lima teratas sepanjang sesi.
Duo Ducati Lenovo, Enea Bastianini dan Francesco Bagnaia, masing-masing terjatuh. Bastianini terjatuh lebih dahulu sekitar enam menit sebelum sesi berakhir.
Sang juara bertahan, Bagnaia, terjatuh dua menit setelahnya pada tikungan pertama. Dia menempati posisi keempat saat terjatuh.
Hingga akhir sesi FP3, Bezzecchi mempertahankan diri pada posisi pertama. Quartararo menempel di posisi kedua.
Hasil FP3 MotoGP Portugal 2023:1 Marco Bezzecchi ITA Mooney VR46 Ducati (GP22)
2 Fabio Quartararo FRA Monster Yamaha (YZR-M1)
3 Aleix Espargaro SPA Aprilia Factory (RS-GP23)
4 Francesco Bagnaia ITA Ducati Lenovo (GP23)
5 Miguel Oliveira POR RNF Aprilia (RS-GP22)
6 Alex Marquez SPA Gresini Ducati (GP22)
7 Maverick Viñales SPA Aprilia Factory (RS-GP23)
8 Jorge Martin SPA Pramac Ducati (GP23)
9 Joan Mir SPA Repsol Honda (RC213V)
10 Enea Bastianini ITA Ducati Lenovo (GP23)
11 Takaaki Nakagami JPN LCR Honda (RC213V)
12 Franco Morbidelli ITA Monster Yamaha (YZR-M1)
13 Jack Miller AUS Red Bull KTM (RC16)
14 Johann Zarco FRA Pramac Ducati (GP23)
15 Luca Marini ITA Mooney VR46 Ducati (GP22)
16 Marc Marquez SPA Repsol Honda (RC213V)
17 Raul Fernandez SPA RNF Aprilia (RS-GP22)
18 Alex Rins SPA LCR Honda (RC213V)
19 Fabio Di Giannantonio ITA Gresini Ducati (GP22)
20 Brad Binder RSA Red Bull KTM (RC16)
21 Augusto Fernandez SPA Tech3 GASGAS (RC16)