Come da tradizione, la domenica di gare della Superbike si apre con la Tissot Superpole Race, la gara sprint il cui risultato stabilirà l'ordine di partenza di Gara 2. Alvaro Bautista, come in Gara 1, scatta dalla quinta casella ma già alla prima curva si porta al comando, mentre Toprak Razgatlioglu non parte benissimo e scivola in decima posizione. Al termine della gara riuscirà però a guadagnare il quarto posto precedendo Michael Ruben Rinaldi grazie a un sorpasso all’interno della prima curva nel corso del quinto giro. Alla bandiera a scacchi vince ancora Bautista, precedendo Jonathan Rea e Alex Lowes. Sesto posto e miglior risultato in carriera per Philipp Oettl (Team Goeleven), uno dei due piloti ad aver montato la gomma Pirelli SCQ all’anteriore, una soluzione di sviluppo disponibile soltanto per la sessione di Superpole e la Superpole Race.
Grande battaglia per la terza fila, dove Xavi Vierge (Team HRC) ha avuto la meglio battendo le due BMW di Scott Redding (BMW Motorrad WorldSBK Team) e Loris Baz (Bonovo Action BMW), mentre Iker Lecuona è stato costretto al ritiro a causa di un contatto con Andrea Locatelli alla curva 10 durante il primo giro della gara.
Anche Gara 2 della Superbike va allo spagnolo Alvaro Bautista che chiude l'appuntamento di casa con un fantastico tris di vittorie. Alle sue spalle a giocarsi il podio ci sono Michael Ruben Rinaldi, Axel Bassani e Toprak Razgatlioglu.
Alla termine della gara il secondo posto va a Rinaldi che precede Razgatlioglu, Jonathan Rea e Bassani. Al 14° giro Rea passa sia il pilota turco della Yamaha che Bassani nello stesso punto, mentre Razgatlioglu approfitta di un errore del veneto in curva 12. Al 16° giro in curva 7 Rea finisce lungo, Bassani si rimette dietro il nordirlandese che però risponde poco dopo.
Bautista porta a ben 59 punti il suo vantaggio nei confronti di Razgatlioglu: lo spagnolo è il primo pilota a vincere tre gare al Circuit de Barcelona-Catalunya e ora vanta 48 podi. Per Ducati si tratta della quarta vittoria di fila sulla pista spagnola.
