Em condições húmidas no circuito de Mandalika, Martin, da Ducati-Pramac, rodou em 1:29,088 minutos, batendo o recorde estabelecido apenas um dia antes em mais de meio segundo.
"Estou muito feliz. Hoje senti-me muito bem. Correu tudo na perfeição, o que é sempre bom", disse Martin aos jornalistas.
Martin ficou 0,535 segundos à frente de Marco Bezzecchi, que sobreviveu a uma queda para garantir um lugar na primeira fila na sua última volta. Pedro Acosta, da Red Bull GasGaS, foi terceiro, mais 0,048 segundos atrás.
"Perdi um pouco de concentração e caí. Felizmente, a moto estava bem," disse o piloto da Ducati-VR46 Bezzecchi: "Eu sabia que podia ser rápido, mas não imaginava a primeira linha, então o que posso dizer? Estou muito feliz".
O atual campeão Bagnaia e Enea Bastianini vão partir na segunda linha depois de terminarem em quarto e quinto.
Marc Marquez, quarto na classificação do campeonato, deslizou duas vezes na segunda sessão de qualificação e vai partir de 12.º depois de não ter registado uma volta.
O atual campeão Bagnaia está 24 pontos atrás de Martin, quando faltam seis fins-de-semana de corridas, com um máximo de 37 pontos disponíveis em cada uma delas.
O piloto italiano da Ducati perdeu terreno para o espanhol depois de ter caído no Emilia-Romagna MotoGP na semana passada. O companheiro de equipa de Bagnaia, Bastianini, e Marquez, da Gresini, estão a 59 e 60 pontos de Martin, mas ainda têm hipóteses de voltar à luta pelo título.
Bastianini tinha estabelecido o novo recorde da pista de Mandalika nos treinos de sexta-feira, com 1:29.630 minutos, antes da espetacular volta de qualificação de Martin.
O MotoGP regressou à Indonésia em 2022 pela primeira vez desde 1997, num novo local na ilha turística de Lombok.