Sciarrone entra per a anunciar que els primers informes eren erronis, Napoleó ha vençut les forces reialistes en la Batalla de Marengo. Cavaradossi, crida ("Vittoria!"), i el tornen a dur a presó. Tosca prova de seguir-lo, però Scarpia la fa tornar enrere. Ella li demana quin preu té la llibertat de Mario (Scarpia: "Mi dicon venal" – "Diuen que sóc venal."). Li confessa la passió que sent per ella i lascivament li demana el seu cos, la seua virtut, i ella mateixa, per a posar en llibertat Mario. Tosca prova de fugir, però Scarpia l'agafa i vol forçar-la. Durant la baralla se senten tabals i Scarpia li fa saber que són els tabals que anuncien l'execució de Cavaradossi. Tosca finalment, vençuda, demana a Déu la raó de tanta crueltat envers ella (Tosca: "Vissi d'arte, vissi d'amore" – "He viscut de l'art, he viscut de l'amor"; Scarpia: "Sei troppo bella, Tosca, e troppo amante" – "Ets massa bella, Tosca, i massa apassionada"). Spoletta entra i anuncia que Angelotti s'ha suïcidat en el moment en què els agents de Scarpia l'han descobert a la vil·la de Cavaradossi.