Pada awal sesi, beberapa pebalap bergantian memimpin daftar pencatat waktu tercepat, di antaranya Stefan Bradl, Cal Crutchlow, Dani Pedrosa, dan Marquez.
Sekitar 10 menit sesi berjalan, Aleix Espargaro mengalami insiden saat keluar di tikungan terakhir menuju garis start. Pebalap Spanyol ini bisa berdiri dan berjalan meskipun agak terhuyung dan akhirnya bersandar sambil menunggu pertolongan.
Di lintasan, Pedrosa yang tak terlalu cepat di tiga sesi sebelumnya, berhasil memimpin setelah menyelesaikan putaran kelimanya dalam 1 menit 39,500 detik.
Lorenzo menggeser Pedrosa setelah mencatat 1 menit 39,317 detik pada putaran keenamnya. Marquez kembali melesat dan berada di urutan teratas dengan catatan 1 menit 38,986 detik. Crutchlow menempel di urutan dua dengan 1 menit 39,114 detik.
Bradl naik ke urutan tiga setelah memutari lintasan dalam 1 menit 39,137 detik. Tapi pada putaran berikutnya, dia sempat terjatuh saat menikung. Bradl tidak mengalami cedera, bahkan langsung bangkit dan lanjut mengendarai motornya.
Hingga sesi habis, Marquez tetap bertahan di posisi teratas pencatat waktu tercepat.
Hasil Sesi Latihan Bebas Empat:
1. Marc Marquez ESP Repsol Honda Team (RC213V) 1m 38.986s
2. Cal Crutchlow GBR Monster Yamaha Tech 3 (YZR-M1) 1m 39.114s
3. Stefan Bradl GER LCR Honda MotoGP (RC213V) 1m 39.137s
4. Jorge Lorenzo ESP Yamaha Factory Racing (YZR-M1) 1m 39.317s
5. Dani Pedrosa ESP Repsol Honda Team (RC213V) 1m 39.500s
6. Alvaro Bautista ESP Go&Fun Honda Gresini (RC213V) 1m 39.581s
7. Valentino Rossi ITA Yamaha Factory Racing (YZR-M1) 1m 39.782s
8. Bradley Smith GBR Monster Yamaha Tech 3 (YZR-M1) 1m 39.978s
9. Andrea Dovizioso ITA Ducati Team (GP13) 1m 40.171s
10. Nicky Hayden USA Ducati Team (GP13) 1m 40.373s
11. Andrea Iannone ITA Energy T.I. Pramac Racing (GP13) 1m 40.881s
12. Claudio Corti ITA NGM Forward Racing (FTR-Kawasaki CRT)* 1m 41.195s
13. Colin Edwards USA NGM Forward Racing (FTR-Kawasaki CRT)* 1m 41.215s
14. Danilo Petrucci ITA Came IodaRacing Project (Suter-BMW CRT)* 1m 41.355s
15. Hector Barbera ESP Avintia Blusens (FTR-Kawasaki CRT)* 1m 41.594s
16. Yonny Hernandez COL Paul Bird Motorsport (ART CRT) 1m 41.840s
17. Randy De Puniet FRA Power Electronics Aspar (ART CRT) 1m 41.844s
18. Michael Laverty GBR Paul Bird Motorsport (PBM-ART CRT)* 1m 42.113s
19. Hiroshi Aoyama JPN Avintia Blusens (FTR-Kawasaki CRT)* 1m 42.164s
20. Lukas Pesek CZE Came IodaRacing Project (Suter-BMW CRT)* 1m 42.231s
21. Bryan Staring AUS Go&Fun Honda Gresini (FTR-Honda CRT) 1m 42.550s
22. Aleix Espargaro ESP Power Electronics Aspar (ART CRT) 1m 43.068s
23. Karel Abraham CZE Cardion AB Motoracing (ART CRT) 1m 43.085s
24. Blake Young USA Attack Performance Racing (APR-Kawasaki CRT) 1m 45.139s
* Standard ECU.
Fastest practice time:
Marc Marquez ESP Honda 1m 38.844s (FP3)
Official Indianapolis MotoGP records:
Best lap:
Dani Pedrosa ESP Honda 1m 38.813s (2012)
Fastest race lap:
Dani Pedrosa ESP Honda 1m 39.088s (2012)