Angelottis flugt meddeles med kanonskud fra Castel Sant'Angelo. Cavaradossi gemmer Angelotti i sin villa. Mens de forlader kirken, fyldes den af folk som fejrer sejren over Napoleon ved Marengo. Politichefen baron Scarpia ankommer med sine mænd; "Un tal baccano in chiesa!" (Hvem slås her i kirken?). Han finder en vifte ved familien Angelottis åbne kapeldør. Tosca kommer tilbage til kirken for at forklare for Cavaradossi, at hun ikke har tid til at møde ham som aftalt. I stedet vokser hendes jalousi. Og da Scarpia viser hende viften, bliver hun oprørt og forlader kirken. Scarpia giver sine mænd ordre om at følge efter hende. "Tre sbirri, una carrozza"