Jack Miller dari Red Bull KTM menggila dengan memecahkan rekor waktu lap yang ditorehkan Marquez pada sesi Q1.
Pembalap asal Australia tersebut menorehkan waktu lap 1 menit 37,549 detik untuk unggul 0,4 detik dari Bagnaia di urutan kedua.
Yellow flag berkibar usai Aleix Espargaro mengalami low side crash di tikungan 13.
Ritme yang menjanjikan ditunjukkan Luca Marini dari Mooney VR46 untuk membawanya bertengger di urutan keempat.
Di sisi lain, Marquez yang sempat memecahkan rekor pada sesi sebelumnya masih kesulitan menemukan kecepatannya.
Jorge Martin dari Pramac Racing merangsek ke urutan kedua dengan terpaut 0,081 detik saja dari Miller.
Tiga menit terakhir, Miller mengalami crash saat memacu kuda besinya di tikungan 3 Sirkuit Algarve.
Tak berselang lama, Bagnaia berhasil menduduki posisi pertama usai menorehkan waktu lap terbaik 1 menit 37,290 detik.
Pada masa time attack, Marquez kembali menunjukkan kelasnya untuk meraih pole position melalui upaya last flying lapnya dengan membuntuti rekan Bagnaia, Enea Bastianini.
Dia membukukan waktu lap terbaik 1 menit 37,226 detik atau unggul 0,064 detik atas Bagnaia.
Berikut Hasil Lengkap Kualifikasi MotoGP Portugal 2023
Kualifikasi 1
1. Marc Marquez (Repsol Honda) 01:37.675
2. Miguel Oliveira (RNF MotoGP Team) 01:37.849
3. Alex Marquez (Gresini Racing) 01:37.970
4. Joan Mir (Repsol Honda) 01:38.064
5. Brad Binder (Red Bull KTM) 01:38.105
6. Alex Rins (LCR Honda) 01:38.133
7. Franco Morbidelli (Monster Energy Yamaha) 01:38.335
8. Takaaki Nakagami (LCR Honda) 01:38.439
9. Augusto Fernandez (GASGAS Factory Racing Tech3) 01:38.464
10. Raul Fernandez (RNF MotoGP Team) 01:38.492
11. Fabio Di Giannantonio (Gresini Racing) 01:38.778
Kualifikasi 2
1. Marc Marquez (Repsol Honda) 01:37.226
2. Francesco Bagnaia (Ducati) 01:37.290
3. Jorge Martin (Pramac Racing) 01:37.454
4. Miguel Oliveira (RNF MotoGP Team) 01:37.521
5. Jack Miller (Red Bull KTM) 01:37.549
6. Enea Bastianini (Ducati) 01:37.584
7. Maverick Viñales (Aprilia) 01:37.598
8. Marco Bezzecchi (Mooney VR46 Racing Team) 01:37.616
9. Luca Marini (Mooney VR46 Racing Team) 01:37.622
10. Johann Zarco (Pramac Racing) 01:37.880
11. Fabio Quartararo (Monster Energy Yamaha) 01:37.920
12. Aleix Espargaro (Aprilia) 1:38.136