Em condições exigentes, com o campo firme e rápido, o vencedor de cinco majors da Irlanda do Norte chegou à viragem com dois abaixo do par no dia e sete abaixo no total, dois golpes à frente do líder de balneário Justin Rose e do vencedor do Masters de 2018 Patrick Reed, que já tinha completado 11 buracos.
McIlroy, que procura tornar-se apenas o quarto golfista a conquistar dois Masters consecutivos, converteu um putt de birdie de cerca de dois metros no segundo buraco, par cinco, para assumir a liderança isolada com seis abaixo do par.
Somou ainda um birdie de menos de um metro no terceiro buraco e converteu um putt de quase sete metros para birdie no quarto buraco, par três, chegando aos oito abaixo do par.
O número dois mundial McIlroy falhou o green no quinto buraco e não conseguiu converter um putt de par de cerca de três metros, ficando-se pelo bogey, antes de fazer par até ao início dos últimos nove buracos.
Os únicos campeões em título do Masters que conseguiram liderar ao fim de 36 buracos no ano seguinte foram Arnold Palmer, Ian Woosnam e Jordan Spieth.
O inglês Rose, que perdeu o play-off no ano passado quando McIlroy conquistou a camisola verde e completou o Grand Slam de carreira, assinou uma volta de 69, três abaixo do par, e soma cinco abaixo (139) após 36 buracos.
Rose, três vezes vice-campeão do Masters, conseguiu três birdies consecutivos do nono ao 11.º buraco e respondeu ao bogey no 12.º, par três, com um birdie no 15.º, par cinco.
Um grupo no balneário com quatro abaixo do par incluía o chinês Li Haotong, que fez uma sequência de quatro birdies seguidos do 13.º, par cinco, ao 16.º, par três, para terminar com 69.
Também com 140 estavam o inglês Tyrrell Hatton, que somou sete birdies e acertou todos os 18 greens em regulação ao assinar 66, e o norte-americano Wyndham Clark, vencedor do US Open 2023, que fez 68.
"Augusta por vezes oferece algumas oportunidades para fazer birdies", afirmou Clark.
"Entra-se num ritmo e por vezes consegue-se jogar seis ou sete abaixo do par, e hoje senti que podia ter feito isso. Mas aceito os quatro abaixo", acrescentou.
No campo, com quatro abaixo do par, estavam o australiano Jason Day, o norte-americano Xander Schauffele, o inglês Tommy Fleetwood e o norueguês Kristoffer Reitan.
McIlroy tinha partilhado a liderança após 18 buracos com o norte-americano Sam Burns depois de assinar uma volta de 67, cinco abaixo do par, na quinta-feira.
Burns seguia a quatro pancadas do líder depois de fazer dois acima do par nos primeiros 14 buracos de sexta-feira.
O número um mundial Scottie Scheffler, que procura a sua terceira vitória no Masters em cinco épocas, fez 74 e soma 144 após 36 buracos.