בפגישה מקרית ברחוב שירה מספרת למנפרד שעברה דירה, אך הוא לא כותב לעצמו את כתובתה החדשה. פרופסור בכלם מאושפז בבית החולים, וכאשר מנפרד בא לבקרו בבית החולים הוא מצפה לפגוש שם את שירה, אך מתברר לו שהתפטרה מעבודתה, ואין ידיעה היכן היא. בפגישה עם אניטה בריק מתברר לו שגם בדירתה החדשה שירה אינה נמצאת, אך אניטה כתבה בפנקסו את הכתובת החדשה. הרבסט ניסה להבין מה קרה לשירה, ואחד מהרהוריו היה: "שמא נתעברה והלכה למקום שאין מכירין אותה. פעם ושתי פעמים עשה את החשבון אימתי היה עמה באחרונה. זה שנים שהיא דוחה אותו ואם נתעברה לא ממנו נתעברה."
הרבסט יצא מביתו לביקור בגת שמנים, אך בהגיעו למרכז העיר שינה תוכניתו, וכיוון שפגש את יוליאן וולטפרמד ישב לשוחח אתו. יוליאן מבשר לו שדנים בסנאט האוניברסיטה על מינויו של הרבסט לפרופסור. בהמשך הלך הרבסט לחנות ספרים, ולאחר שעיין בספרים רבים בה עבר למדור ספרי האומנות. התרגשות רבה גרמה לו "תמונת מצורע כשהוא עומד לפני שערי עיר ומקיש בפעמון להזהיר שירחקו ממנו."‬‬‬ לאחר מכן קנה רפרודוקציה של הציור "משמר הלילה" כדי להביאו כמתנה לשירה. הוא חזר לביתו ושוחח עם הנריאטה על דרכו בביקורת ספרות ועל הטרגדיה שבדעתו לכתוב. המספר מנצל הזדמנות זו כדי לתאר את תמצית העלילה של הטרגדיה.‬‬‬
הרבסט הלך לביתה של שירה כדי למסור לה את מתנתו, אך היא לא נמצאה בביתה. הלך משם וחשב: "טוב שלא הנחתי שם פתק ואין אותה המרשעת יודעת שדפקתי על דלתה". למחרת שב ודפק על דלת ביתה של שירה, אך הדלת הנעולה לא נפתחה. "הניח את הדלת והלך לו בברכים כושלות וברוח נכאה. אמצאנה, אמצאנה, אמר הרבסט בלבו, לא אנוח ולא אשקוט עד שאמצאנה. אם לא היום הרי מחר. בפתאום שינה את הנטיות ואמר אמצאך אמצאך. אבל לא מצאה לא למחר ולא למחר שלאחר מחר."
כשהגיע זמנה של הנריאטה ללדת הביאה אותה תמרה ל"הדסה" בהר הצופים. "כדרך שהדברים מתגלגלים נתגלגל הדבר שבאותה שעה שנסעה הנריאטה ותמרה להדסה באותה שעה ממש הלך הרבסט לעסקיו לבקש את שירה. טוב היה אילולי שאירעו הדברים כאחד. הן מחמת הצד המוסרי שבדבר הן מחמת הצד הסנזציוני שבדבר והן מחמת שבדומה לזה התחיל עניין הרבסט ושירה וההתחלה לא הביאה אתה המשך טוב." גם הפעם לא נפתחה לו דלת ביתה של שירה. ברית המילה של הבן נערכה בבית היולדות.
ספר רביעי.
לאחר מילת הבן חזרה הנריאטה לביתה ובנה עמה. בעת שהרבסט שהה בחדר עבודתו הגיעה המשרתת וסיפרה לו שאחות בית חולים הגיעה לבקר אצל הנריאט. ידיעה זו גרמה להרבסט התרגשות רבה, והוא ביקש מהמשרתת שתתאר את האחות, כדי שיוכל לדעת האם זו שירה או אחות אחרת. לאט לאט השתכנע שאין זו שירה, אך בכל זאת יצא לוודא זאת. לאחר ששוחח עם הנריאטה על האורחת הלך לביתה של שירה ושוב מצאו נעול. "יצא הרבסט מן הסמטא במפח נפש ובלב נבוך, מוסיף עליהם תרעומת שמבטל זמן שלא לצורך, שמאחר שכלו כל ענייניו עם שירה מה אכפת לו אם דלתה נעולה, שהוא חוזר ובא." חזר להרהר בטרגדיה שרצה לכתוב והגה בכל פרטיה, אך לבסוף הגיע למסקנה: "גורלו של אותו אדם לכתוב מאמרים, ואולי ביום מן הימים יזכה לסיים את ספרו הגדול על קבורת העניים בביזנטיון." הוא מהרהר גם בחייו, "אבל אם על תיקון עצמו לא חשב עד עכשיו על תיקון הבן חשב, כמו שסיפרתי שבליל הכנסת בנו בברית עשה לו כללים ופרטים לחינוך בנו."
המספר מעיד על הרבסט: "מקנאי האמת לא היה הרבסט, אבל התרחק מדברי שקר ולא שיקר עד לאותו לילה שביקר אצל שירה בפעם הראשונה. מה היה עליו שיעשה אחר אותו לילה? לא היה בידו אלא לקשר שקר בשקר ולחפות את שקריו בשקרים, משום שקשר דעתו באותה אשה לחזור ולשנות."
אחות בית החולים, לודמילה, שהגתה חיבה להנריאטה, באה לבקרה עוד פעמים אחדות, ובאחת הפעמים הצטרף הרבסט לשיחתן. "פעמים הרבה ביקרה האחות לודמילה את הגברת הרבסט. בור של קהוה שתתה וגבעת עוגות אכלה ואלף סיפורים סיפרה. ועל שירה לא סיפרה."
לאחר התייחסות מקוטעת לטגליכט מגיע משפט הסיום, שבו אומר המספר: "את מנפרד הרבסט אראה לך, את שירה לא אראה לך שעקבותיה לא נודעו ואין יודעים היכן היא."
סוף וסוף חלופי.
גודלו של הספר הרביעי הוא רק כשליש מגודל כל אחד משלושת ספרי הרומן האחרים, וכדברי הלל ברזל, "הוא בגדר של סקיצה בלבד". בפרט הספר הרביעי אינו מספק סוף נאות לרומן, משום שכתיבתו נפסקה באמצעה. לאחר פרסום המהדורה הראשונה של הרומן פורסם פרק נוסף, בשם "פרק אחרון", שמבחינת העלילה מקומו בסוף הספר השלישי, מיד לאחר מילת הבן. בפרק זה מתברר ששירה נעלמה משום שאושפזה בבית מצורעים לאחר שחלתה בצרעת. הרבסט מגיע לבקרה, והיא מפצירה בו שיסתלק, אך הוא נחוש בדעתו להישאר אתה. "הוא אחז את ידה בדביקות עד שליפפה הזיעה את ידה ואת ידו. עם שהוא אוחז את ידה הרכין פיו אל פיה ונשקה. עת רבה נשארו שפתיה תלויות מעצמן בשפתיו. בפתאום שמטה פיה מפיו וניגבה בידה את שפתיו. אחר כך ניגבה את שפתיה. עם שהיא עשתה כך חיבק אותה באהבה וקרא, שירה שירה."
פרק מוקדם אחר של "שירה" (פרגמנט VI), שלא נכלל בגרסה שיצאה לאור, מסביר כיצד נודע להרבסט לאן נעלמה שירה: היינריך ריינר, שעובד בבית המצורעים, סיפר לו זאת. באותו פרק גנוז מציע הרבסט להנריאטה לקרוא לילדם העתיד להיוולד שלמה-יהודה, על שם שלמה יהודה רפפורט – שי"ר.
אמונה ירון הציעה הסבר להשמטתו של "פרק אחרון":
גרשום שוקן הביע דעתו שהפרק "פרק אחרון" אכן ראוי להיות סופו של הרומן:
חוקר הספרות אריאל הירשפלד מציג דעה שונה ביחס להימנעותו של עגנון מלכלול את "פרק אחרון" בגרסה הסופית של "שירה":
קולות התקופה ב"שירה".
מסגרת העלילה ב"שירה" היא אהבתו של מנפרד הרבסט לשירה. בתוך מסגרת זו עולים בהרחבה נושאים נוספים. עמד על כך חוקר הספרות הלל ברזל שכתב: "'שירה' הוא רומאן אהבה, שבעיות התקופה, לכאורה, טפלות בו לרגש. אבל משקלן של הבעיות הוא כה רב, עד שהן מתפרצות לכל פינה שבכתוב. ... אם בדיעבד ואם מלכתחילה, מבקש עגנון לכרוך את סיפורו הגדול באהבת גבר לאשה ומוצא את עצמו, כמו גיבורו, מאזין לקולות השעה."
בין הנושאים:
שלל נושאים זה מבסס את קביעתו של הלל ברזל, לפיה "מצד תשתיתו הרוחנית, הרומן הוא אולי החילוני ביותר במסכת כתביו של עגנון."
בין מציאות לבדיון.
חוקרים שונים ניסו לפענח מי הן הדמויות האמיתיות ששימשו השראה לעגנון בעיצוב הדמויות הבדיוניות שברומן "שירה". על הניסיונות לזהות את האקדמאים המתוארים ב"שירה" עם אישים בשר ודם מסגל האוניברסיטה העברית העיר דב סדן שהם "שאלת רכיל בטלה". הרחיבה בעניין זה זיוה שמיר, שכתבה: "דיון ביקורתי התר אחר המודל לדמותה של שירה או לדמותו של הרבסט יאה לדעתי לתחקירן בעיתונות הכתובה והמשודרת, ולא לחוקר ספרות ראוי לשמו", אם כי גם היא חיפשה את מקורות ההשראה של עגנון, למשל בהשערתה שתיאור כפר אחינועם מבוסס על קיבוץ חפציבה.
עגנון עצמו התייחס לכך ואמר: "חס ושלום, שאני כותב רומאני מפתח. אם יש מיני בני אדם שמתייחסים על אנשי סיפורי – שיתייחסו. ... מימי לא נתכוונתי להעלות בסיפורי דמות שיכולים לומר עליה, לפלוני זה נתכוון המחבר, אלא ברית כרותה למסַפר אמיתי, שכל נפש שהוא עושה בסיפורו נפש חיה היא."
האם הדסה היא שירה?
חוקרת הספרות שרה בן-ראובן העלתה את הסברה לפיה דמותה של שירה מבוססת על קורות חייה של הדסה פרלמן-קלוורי-רוזנבליט. להוכחת הסברה, הציגה מספר טענות, בהן היכרות וחברות ממושכת בינה לבין אסתר וש"י עגנון וקווי עלילה דומים בסיפורי חייהן. גם שירה של עגנון עלתה ארצה פעמיים, גם היא הקדישה את חייה לעזרה לזולת, גם היא הייתה אישה חזקה ואסרטיבית, אנושית ואוהבת אדם. בנוסף לכך, לשתי הנשים היו גברים שבחרו בהן, חרף הקשיים שעמדו בדרכם.
מיהו פרופסור בכלם?
פרופסור בכלם הוא אחד מהאקדמאים המופיעים ב"שירה". הרבסט מבקש מהנריאטה שתתלווה אליו לביקור בביתו של פרופסור בכלם, שאותו מסכם המספר בקצרה: "ביציאתם מבית בכלם אמר הרבסט לאשתו, איני מצפה שיעטרני בשבחים אבל מקוה אני שימעט בגנותי". בהמשך הרומן חלה פרופסור בכלם והרבסט הלך לבקרו. תיאור מפורט של ביקורם של מנפרד והנריאטה בביתו של פרופסור בכלם מופיע בפרק של הרומן שלא נכלל במהדורה הראשונה שלו, ונוסף כנספח למהדורה השנייה. בסוף הפרק מתואר: "אמרה מרת הרבסט לבעלה, אדם זה שהיינו אצלו אינו אוהב שום אדם בעולם. אמר הרבסט אבל אוהב הוא את האיש היותר גדול שבישראל. שאלה מרת הרבסט, מי הוא זה האיש היותר גדול שבישראל שהפרופיסור בכלם אוהב אותו. אמר הרבסט הוא הפרופיסור בכלם בעצמו ובכבודו".
חוקרי הספרות מזהים את פרופסור בכלם עם פרופ' יוסף קלוזנר, היסטוריון וחוקר ספרות מהאוניברסיטה העברית. בסוף שנות ה-40 פעל קלוזנר יחד עם ארי אבן-זהב על מנת למנוע מעגנון את קבלת פרס נובל, פרס שהוענק לו לבסוף רק בשנת 1966, שמונה שנים לאחר מותו של קלוזנר. צעד זה של קלוזנר מסביר את אופן הצגתו של פרופסור בכלם, שאותו מתאר חוקר הספרות פרופ' אבנר הולצמן כ"הדבר המרושע והאכזרי ביותר שעגנון כתב מימיו. זהו מטח של חיצים ארסיים המכוונים להגחיך את כל תחומי העשייה של קלוזנר ואת אופיו והליכותיו. הפרק כולו כתוב כמונולוג של אהבה עצמית מצד הפרופסור: התפארות בהיקף העצום של כתיבתו (כולל מניית מספר העמודים וגיליונות הדפוס בספריו והתרברבות במספר המטרים שהם תופסים על מדפי ספרייתו), השתבחות בידענותו ובלמדנותו בצד שלל דברי זלזול בעמיתיו, טינה ותרעומת על העולם שאינו מרעיף עליו ולוּ שמץ מן הכבוד המגיע לו."
רצח האחים טראובה.