Hamilton completó su mejor vuelta en un minuto, 34 segundos y 157 milésimas, 330 menos que el segundo clasificado, su compañero de equipo Nico Rosberg.
El líder del mundial, Vettel (Red Bull), finalizó tercero con un mejor tiempo de 1:34.768.
Alonso completó 16 vueltas, la mejor de ellas en 1:35.154.
El francés Jules Bianchi (Marussia) quedó fuera de la sesión en la vuelta ocho tras acabar su coche en el muro al descontrolarse después de pisar un piano.
El coche de Pastor Maldonado (Williams) perdió la rueda trasera izquierda en una curva y el de Giedo van der Garde (Caterham) acabó en las protecciones laterales, por lo que ambos pilotos tampoco acabaron el primer entrenamiento libre.
El tercer piloto de Caterham, el finlandés Heikki Kovalainen, sustituyó en esta ocasión al francés Charles Pic en la primera tanda de libres. En las 22 vueltas completadas, el piloto finés logró el decimonoveno lugar con un mejor tiempo de 1:37.595.
La sesión pudo desarrollarse en seco, aunque las previsiones anuncian lluvia para el segundo libre.
– Tiempos de la primera sesión de entrenamientos libres del Gran Premio de Japón, en el circuito de Suzuka.
.-. Lewis Hamilton (GBR/Mercedes F1W04) 1:34.157
.-. Nico Rosberg (GER/Mercedes F1W04) 1:34.487
.-. Sebastian Vettel (GER/Red Bull RB9 Renault) 1:34.768
.-. Mark Webber (AUS/Red Bull RB9 Renault) 1:34.787
.-. Felipe Massa (BRA/Ferrari F138) 1:35.126
.-. Fernando Alonso (ESP/Ferrari F138) 1:35.154
.-. Romain Grosjean (FRA/Lotus E21 Renault) 1:35.179
.-. Kimi Raikkonen (FIN/Lotus E21 Renault) 1:35.364
.-. Sergio Pérez (MEX/McLaren MP4/28 Mercedes) 1:35.450
.-. Daniel Ricciardo (AUS/Toro Rosso STR8 Ferrari) 1:35.635
.-. Jenson Button (GBR/McLaren MP4/28 Mercedes) 1:35.868
.-. Nico Hülkenberg (GER/Sauber C32 Ferrari) 1:35.900
.-. Jean-Eric Vergne (FRA/Toro Rosso STR8 Ferrari) 1:36.066
.-. Adrian Sutil (GER/Force India VJM06 Mercedes) 1:36.165
.-. Pastor Maldonado (VEN/Williams FW35 Renault) 1:36.178
.-. Valteri Bottas (FIN/Williams FW35 Renault) 1:36.340
.-. Paul di Resta (GBR/Force India VJM06 Mercedes) 1:36.399
.-. Esteban Gutiérrez (MEX/Sauber C32 Ferrari) 1:36.760
.-. Heikki Kovalainen (FIN/Caterham CT03 Renault) 1:37.595
.-. Jules Bianchi (FRA/Marussia MR02 Cosworth) 1:37.629
.-. Giedo van der Garde (HOL/Caterham CT03 Renault) 1:38.025
.-. Max Chilton (GBR/Marussia MR02 Cosworth) 1:38.763.