Com uma velocidade média de 373,7 km/h, Palou, atual e tetracampeão da IndyCar, superou Alexander Rossi (373,3 km/h), que ficou em segundo lugar, enquanto o terceiro posto foi para David Malukas com 373,1 km/h.
"Foi algo incrível, não estávamos à espera", comentou Palou: "Queríamos lutar e não posso agradecer mais à minha equipa pelo trabalho feito".
Felix Rosenqvist, que liderou a primeira ronda e depois o Top 12, não conseguiu superar a velocidade de Palou no momento decisivo do dia e terminou em quarto lugar.
A qualificação, que deveria ter começado no sábado, foi disputada na totalidade no domingo devido à chuva persistente durante o dia de sábado.
A alteração levou a mudanças no formato, limitando o tempo de treinos e concentrando a primeira parte da qualificação em quatro voltas.
Por outro lado, o mexicano Pato O'Ward, que se apurou para o Fast Six, vai arrancar do sexto lugar no início das Indy 500 na próxima semana.