Sainz superou seu companheiro de equipe, o monegasco Charles Leclerc, que tinha sido o melhor na primeira sessão, por apenas 18 milésimos.
Atrás das Ferrari, o britânico George Russell (Mercedes) fechou o Top 3 da última sessão, à frente do espanhol Fernando Alonso (Aston Martin), quarto, e Lewis Hamilton (Mercedes), quinto.
"Não podemos nos entusiasmar porque acho que nossos concorrentes ainda não mostraram seu verdadeiro ritmo", relativizou Lecerc.
As Red Bull do mexicano Sergio Pérez, vencedor da prova no ano passado, e do líder isolado do Mundial, Max Verstappen, terminaram em sétimo e oitavo, respectivamente.
"Tentamos várias coisas diferentes na segunda sessão, algumas funcionaram, outras não", explicou Verstappen.
"Esperávamos que a Ferrari fosse bem aqui, mas estamos muito distantes", apontou, por sua vez, Pérez.
Ao contrário da primeira sessão, em que lagartos invadiram a pista, a segunda (realizada à noite, em condições de corrida) não contou com nenhum convidado inesperado.
A terceira e última sessão de treinos livres será realizada no sábado às 6h30h (horário de Brasília). No mesmo dia, será disputado o qualifying (10h), que define o grid de largada do GP de Singapura, no domingo (9h).
- Segunda sessão de treinos livres:
Carlos Sainz 1:32.120 (26 voltas)
Charles Leclerc 1:32.138 (27)
George Russell 1:32.355 (25)
Fernando Alonso Martin-Mercedes) 1:32.478 (25)
Lewis Hamilton 1:32.585 (23)
Lando Norris 1:32.711 (23)
Sergio Pérez Bull) 1:32.812 (23)
Max Verstappen Bull) 1:32.852 (23)
Kevin Magnussen 1:33.017 (25)
Valtteri Bottas Romeo-Ferrari) 1:33.105 (24)
Nico Hülkenberg 1:33.139 (22)
Liam Lawson Bull) 1:33.285 (27)
Esteban Ocon 1:33.361 (25)
Lance Stroll Martin-Mercedes) 1:33.390 (25)
Oscar Piastri 1:33.461 (23)
Yuki Tsunoda Bull) 1:33.477 (27)
Zhou Guanyu Romeo-Ferrari) 1:33.575 (25)
Pierre Gasly 1:33.824 (24)
Logan Sargeant 1:34.327 (28)
Alexander Albon 1:35.558 (5)