Турандот вже дає євнухам знак почати розправу над Бараха, як раптом у сералі з'являється Адельма з звісткою, що сюди прямує Альтоум; в'язнів спішно відводять в підземеллі сералю. Адельма просить принцесу більше не мучити їх і обіцяє, якщо їй дозволять діяти на свій розсуд, за ніч дізнатися імена принца і царя. Турандот повністю довіряється наближеною невільниць.

Тим часом до Альтоуму прибуває гонець з Астрахані. У привезеному їм таємному посланні говориться, що султан Хорезму помер і що астраханці звуть Тимура зайняти належить йому по праву престол. За описаним в посланні докладним прикметами Альтоум розуміє, хто такий цей невідомий принц. Бажаючи захистити честь дочки, якій, він переконаний, дарма не відгадали шукані імена, а також зберегти життя Калафа, імператор пропонує їй розкрити таємницю - але з умовою, що, блиснувши в Дивані мудреців, вона потім погодиться стати дружиною принца. Гордість, проте, не дозволяє Турандот прийняти пропозицію батька; крім того, вона сподівається, що Адельма виконає свою обіцянку.

Брігелла, сторожам покої Калафа, попереджає принца, що, мовляв, оскільки стражники - люди підневільні, та до того ж усім хочеться відкласти грошенят на старість, вночі йому можуть з'явитися привиди.

Перше привид не примушує себе довго чекати. Це - підіслана Адельма Скіріна. Вона повідомляє Калафа про кончину матінки і про те, що його батько тепер у Пекіні. Скіріна просить принца черкнути кілька слів старому батькові, але той розгадує прийом і відмовляється.

Ледве Скіріна ні з чим віддаляється, як у покоях принца виявляється Зеліма. Вона пробує інший підхід: насправді, говорить невільниця, Турандот не ненавидить принца, а таємно любить. Тому вона просить його розкрити імена, з тим щоб на ранок їй не осоромитися перед Диваном, і обіцяє там же в Дивані віддати йому свою руку. Проникливий Калаф не вірить і Зеліме. Третьою є сама Адельма. Вона відкривається Калафа у своїй любові і благає разом утекти, оскільки, за її словами, підступна Турандот все одно повеліла на зорі вбити його, не чекаючи засідання Дивану. Бігти Калаф рішуче відмовляється, але, повержений у відчай жорстокістю коханої, в напівмаренні вимовляє своє і батьківське ім'я.

За такими розмовами минає ніч. На ранок Калафа надсилає в Диван.

Диван вже в зборі, бракує тільки Турандот і її свити. Альтоум, впевнений, що принцесі так і не вдалося дізнатися імені батька і сина, щиро радіє і велить тут же, в залі засідань, влаштувати храм.

Вже встановлено вівтар, коли в Дивані нарешті з'являється Турандот. Вигляд у принцеси і свити траурний. Але, як з'ясовується, це лише жорстока мстива жарт. Вона знає імена і, тріумфуючи, виголошує їх. Імператор і міністри вбиті горем; Калаф готується до смерті.

Але тут, до загальної радості і здивування, Турандот перетворюється - любов до Калафа, в якій вона не сміла зізнатися навіть самій собі, бере верх над жорстокістю, марнославством і чоловіконенависництва. Привселюдно вона оголошує, що Калаф не тільки не буде страчений, а й стане її чоловіком.

Не рада тільки Адельма. У сльозах вона кидає Турандот гіркий докір у тому, що, раніше відібравши свободу, тепер вона забирає у неї кохання. Але тут вступає Альтоум: любов не в його владі, але, Хай потішаться Адельма, він повертає їй свободу і Хорасанські царство її батька.

Нарешті закінчуються жорстокості і несправедливість. Всі задоволені. Турандот від усієї душі просить небо пробачити її завзяте відраза до чоловіків. Прийдешня весілля обіцяє бути вельми і вельми радісною.