12 đội tuyển giành quyền tham dự từ vòng 2 (7 đội nhất bảng ngoại trừ Qatar và 5 đội nhì bảng có thành tích tốt nhất) được chia thành hai bảng 6 đội để thi đấu các trận đấu vòng tròn hai lượt trên sân nhà và sân khách. Hai đội đứng đầu mỗi bảng sẽ giành quyền tham dự Giải vô địch bóng đá thế giới 2022 và hai đội đứng thứ ba sẽ giành quyền vào vòng 4. Chủ nhà Cúp Thế giới Qatar đã giành nhất bảng E trong vòng 2 (có nghĩa là họ được giành quyền vào vòng chung kết Cúp bóng đá châu Á 2023) nhưng không bắt buộc phải đủ điều kiện tham dự Cúp Thế giới.