O sete vezes campeão Hamilton tinha sido o mais rápido na sessão matinal, mas Sainz, que conduziu o dia inteiro com umas monstruosas 127 voltas, percorreu o circuito desértico de Sakhir num minuto e 29,348 segundos para a equipa que terminou no penúltimo lugar no ano passado.
Foi 0,031 mais rápido do que Hamilton, que saiu da Mercedes no final da época, tinha conseguido na sessão matinal interrompida pela chuva, e Sainz foi o único piloto a fazer mais de 100 voltas.
O presidente da Ferrari, John Elkann, esteve presente para assistir aos procedimentos, com a equipa italiana pronta para iniciar a nova campanha com grandes esperanças de ganhar um campeonato pela primeira vez desde 2008.
A quinta-feira foi o segundo de três dias de testes antes do início da temporada na Austrália, a 16 de março, e as equipas realizaram diferentes programas com níveis de combustível variáveis.
O companheiro de equipa de Hamilton, Charles Leclerc, foi o terceiro mais rápido, a 0,083 do ritmo de Sainz, com George Russell, da Mercedes, a ser o segundo da manhã e a terminar em quarto na geral. O seu novo companheiro de equipa italiano, Andrea Kimi Antonelli, de 18 anos, foi quinto. A campeã McLaren teve Lando Norris, o mais rápido na quarta-feira, apenas em 14.º, mas o britânico teve que abortar a sua volta mais rápida no setor intermédio.
Lance Stroll foi sexto para a Aston Martin, à frente do novo companheiro de equipa de Max Verstappen, Liam Lawson, que teve um dia inteiro no Red Bull e fez 91 voltas.
O estreante australiano Jack Doohan e o colega de equipa da Alpine, Pierre Gasly, foram oitavo e nono, com o estreante franco-argelino da Racing Bull, Isack Hadjar, a completar o top 10.
Oscar Piastri, da McLaren, e Nico Hulkenberg, da Sauber, tiveram uma rara colisão durante a manhã.