Norris, que está a nueve puntos de su compañero australiano en la lucha por el título del campeonato, registró el mejor tiempo con un minuto 8.972 segundos, 0.242 segundos por delante de Piastri.
A diferencia de las sesiones del viernes, que estuvieron marcadas por múltiples interrupciones y accidentes, los pilotos lograron mantenerse en pista bajo condiciones secas.
El resultado significa que Norris ha sido más rápido que Piastri en las tres sesiones de entrenamientos y parece llegar con impulso a la lucha por la pole position más tarde este sábado.
El resto de perseguidores volvieron a quedarse atrás a la estela de McLaren, con el tercer clasificado —George Russell de Mercedes— a casi un segundo de distancia.
El favorito local Max Verstappen fue quinto y tendrá que remontar si quiere subir al podio ante su "marea naranja" de aficionados en Zandvoort.
El McLaren ha retomado tras el parón veraniego de tres semanas donde lo dejó, superando también al resto de la parrilla en dos caóticas sesiones de entrenamientos el viernes.
Norris fue el más rápido en ambas sesiones, con Piastri segundo en la primera y superado por poco en la segunda por un sorprendentemente veloz Fernando Alonso en su Aston Martin.
El campeonato de constructores está prácticamente sentenciado para el equipo papaya, con McLaren 299 puntos por delante de sus rivales más cercanos.
Verstappen se encuentra en la inusual posición de tercero, muy lejos de la lucha por el título. Espera que llueva el domingo, ya que se desenvuelve especialmente bien en condiciones de mojado.
La sesión de clasificación se disputará más tarde. La posición en la parrilla es aún más importante en Zandvoort que en otros circuitos, ya que es una pista donde adelantar resulta especialmente complicado.