A dupla garantiu um 1-2, com Russell a completar uma dobradinha na sexta-feira, terminando à frente do tetracampeão mundial da Red Bull, Max Verstappen, por oito décimos de segundo.
Russell foi o mais rápido com um tempo de um minuto e 43,347 segundos, superando o seu colega italiano por 0,552 segundos, numa demonstração convincente de velocidade nas rápidas e exigentes ruas ladeadas por barreiras da capital do Azerbaijão.
Charles Leclerc foi quarto, à frente do seu colega de equipa na Ferrari, o heptacampeão mundial Lewis Hamilton, com o atual campeão do mundo Lando Norris em sexto pela McLaren, à frente do piloto da Alpine Pierre Gasly e do seu colega de equipa na McLaren Oscar Piastri.
Isack Hadjar foi nono no segundo Red Bull, depois de regressar à competição após ter partido o pulso.
Vários pilotos escaparam por pouco a toques nas barreiras e nos muros, mas a sessão foi interrompida apenas uma vez com bandeira vermelha, quando o estreante da Racing Bulls, Arvid Lindblad, bateu na zona mais estreita do circuito, mas saiu ileso.
Russell e Verstappen começaram por impor o ritmo, antes de Norris, com o seu carro a usar braçadeiras para segurar o fundo, passar para a frente, apenas para o neerlandês responder, enquanto os pilotos entravam num ritmo de voltas rápidas.
Após 15 minutos, Antonelli continuava nas boxes, com o seu carro a ser reconstruído após uma troca de motor, devido a uma falha hidráulica durante a FP1. Hadjar estava a rodar com uma caixa de velocidades nova, depois de ter tido dificuldades no regresso à pista.
Verstappen, Leclerc e Russell registaram as voltas mais rápidas, enquanto Hamilton irritou Lawson ao bloqueá-lo inadvertidamente. "Meu Deus, isto é tão perigoso", disse. Os comissários tomaram nota.
Mas Russell acabou por ser o mais rápido, tal como já tinha feito na primeira sessão de treinos, completando assim um dia sólido para a Mercedes, líder do campeonato de construtores.