Russell, 68 pontos atrás do italiano de 19 anos após seis etapas e sem pontuar nas duas últimas corridas, completou o ensolarado Circuito da Catalunha com o melhor tempo de um minuto e 15,679 segundos. O britânico agora vai para o classificatório depois de liderar dois dos três treinos livres.
Oscar Piastri, da McLaren, vencedor do ano passado largando da pole, foi 0,214 segundo mais lento, com Charles Leclerc, da Ferrari, em terceiro.
O atual campeão Lando Norris, mais rápido na sexta-feira, foi o quarto colocado pela McLaren, com Lewis Hamilton em quinto pela Ferrari e Max Verstappen em sexto pela Red Bull.
Antonelli, que vai buscar sua sexta vitória consecutiva no domingo, foi atrapalhado pelo tráfego durante uma simulação de volta rápida.
"Por que eu sempre pego tráfego?! Não entendo, sempre tem gente na volta," disse ele ao decidir retornar aos boxes após uma volta que já havia sido prejudicada logo no início pela posição de Lance Stroll, da Aston Martin.
Depois, ele foi chamado pelos comissários, que lhe deram a primeira advertência da temporada. Os comissários relataram que ele foi atrapalhado por Stroll na primeira curva, após o que freou e impediu o canadense de ultrapassar. "O piloto admitiu durante a audiência que agiu por frustração e pediu desculpas pela atitude," acrescentaram.