アレグロ・モデラート ハ短調、3/4拍子、ソナタ形式。冒頭、第1番と同様にピアノのアルペジオで始まるが、かつての軽やかさをめざしておらず、切迫した雰囲気を湛えている。この分散和音はソナタ形式の各区分の開始を告げる役割を持つ。これに乗って示されるヴィオラの旋律が第1主題で、チェロ、第2ヴァイオリン、第1ヴァイオリンが次々に加わってきて確保される。第1主題提示部では3つの楽想が示されるが、第1主題のあとの二つの楽想のうちどちらを第2主題とするかは解釈が分かれている。ネクトゥーは2番目のものを第2主題とし、その後のピアノの楽想を副次的なものとするが、平島や矢代は2番目の楽想を経過句とし、その後でピアノに現れるものを第2主題とする。ここでは後者にしたがった。また、提示部の終わりで2度音程で上下する動機はコーダで重要な役割を果たす。経過句第2主題展開部は簡潔かつ緊密であり、第1主題の模倣的な展開から経過句のストレッタとなり、ピアノによる第2主題の展開に第1ヴァイオリンが第1主題を暗示して再現部を準備する。再現部では、第1主題は冒頭と同じ音度で弦楽に現れるが、ピアノの分散和音はハ短調ではなく変ホ長調になっている。他の楽想も展開を含みつつ再現する。長大なコーダでは、これらの楽想が集約されて「第2の展開部」の様相を呈し、ハ長調の壮大な清澄さに達する。なお、この楽章の構造について、矢代によれば、ソナタ形式には違いないが、3つの楽想が順次交代してゆくABCA'B'C'A''B''C''+コーダという風にも解釈でき、加えてコーダでは再度ABCの要約となっている。細部では多少の違いがあるとしても、第2楽章以降のすべての楽章でこれと同様の構造が見られるとする。
第1楽章は簡素なソナタ形式である。平島は、この曲では第2期の室内楽作品のように展開部に新しい楽想を置かず、総体としていっそう簡潔・緊密でありながら、生気に富んだ大きさを感じさせるのは、晩年のフォーレの内的な豊かさと知性の高さの現れとしている。第2楽章は、フォーレのもっとも斬新な曲の一つであり、ネクトゥーは「ほとんど風のように吹き抜けるこの熱狂的なスケルツォには一種異様な雰囲気が漂っている」とする。クライトンは、このスケルツォはヴェルディのオペラ『ファルスタッフ』を想起させると述べている。また、フランスの哲学者ウラジミール・ジャンケレヴィッチは、即興曲第5番（作品102）に見られる「無限の流動性」がこの楽章やチェロソナタ第2番やピアノ三重奏曲の終楽章など後期の作品で姿を変えて現れていると指摘している。高貴な第3楽章は第1楽章とともに、この曲中もっとも優れた部分である。ネクトゥーは、フォーレがかつて作曲した『ペレアスとメリザンド』に登場する年老いたアルケルになぞらえて、この楽章では「目に映るものすべての悲しみ」が歌われていると述べる。また、開始部分について「秘教的で、ベートーヴェンの後期の弦楽四重奏曲のあるページを連想させる」（平島）、続く第1主題の推移について「形容しがたいほど美しい」（矢代）、「ピアノと弦の間で限りなく優しい表情を持った対話が交わされる」（ネクトゥー）などと評されている。第4楽章はロンド形式で、ネクトゥーによれば「ハ短調にもかかわらず喜びに満ちた曲」であり、フォーレの滑らかな筆遣いの跡が認められる。平島は「第1番の終曲を思わせる進展だが、もっと規模が大きく複雑で、毅（つよ）く、切迫感がある。」と述べており、ネクトゥーも「奇妙なことに、歳をとってからの作品の方が、より多くの生命力と軽やかさ、そして喜びを、より素朴な形で表現している。ピアノは終始舞踏のリズムを保持し、アクセントをつけ、テンポの移り変わりを見守りながら、2つの主題からなるロンド形式に見事な統一感を与えている。リズムと変化してゆく光のめまぐるしい饗宴。」と賛辞を贈っている。一方で矢代は「ケクランは、フォーレがいつもフィナーレにおいて失敗しているといっているが、このフィナーレも前の3楽章があまりにも素晴らしいためか、やや聞き劣りがするように思える。」としている。
太平洋戦争末期、帰還兵が減少したことから検疫業務がほぼ行われなくなった。第一検疫所は倉庫群つまり陸軍兵器補給廠似島弾薬庫と陸軍運輸部似島倉庫として用いられ、第二検疫所と馬匹検疫所は陸軍船舶司令部所属（暁部隊）の船舶防疫部および船舶衛生隊が駐屯していた。1945年（昭和20年）8月6日午前8時15分、広島市への原子爆弾投下。似島は爆心地から海を隔てて島の北端で約8.3キロメートル、島の南端で約11.5キロメートルのところに位置した。この際、似島検疫所は被爆者救護のために重要な役割を果たした。当時建物被害はほぼなく薬品類や医療器具の備蓄が約5,000人分あったことから、市内から船で被爆者が次々と運ばれていった。ここまで運び込まれたのは、市内中心部の病院がほぼ壊滅し残ったものも多数の被爆者が訪れたことから麻痺状態となったことに加え、当時原爆症が伝染病の一つである赤痢だと誤認されていた部分もある。更に、広島市は太田川水系の三角州に形成された街で市中心部へは船で遡って行くことが出来たことから、ここに駐屯していた暁部隊は船で救護に向かいそのままここまで運び込まれたためでもある。倉庫として用いられていた旧第一検疫所ではなく、第二検疫所に運ばれている。同日午前10時ごろ、被爆者の第一陣が検疫所に到着、以降も受け入れが続き、薬もすぐ底をつき、同日夜には島内施設ではパンクする状況となり別の収容所へ移される事態となった。検疫所に運ばれた負傷者は被爆後20日間で10,000人といわれる。船で運ばれる途中でなくなった者や検疫所でなくなった者、更に宇品や金輪島・己斐などからも運び込まれたことからと死体が溢れかえり、当初は火葬されていたがそれよりも死体が増え続けることから、島に掘られた防空壕に入れ単純埋葬された。身元不明の遺体も多く、一人ずつ墓を建てられないということで、後に千人塚が建立された。検疫所に運ばれた人物の一人に、第2総軍教育参謀中佐で市内で被爆した李鍝がおり、この地でなくなっている。同月12日ぐらいから負傷者は五日市町・廿日市町・宮島町・大竹町などの他の病院施設に移されていき、同月25日には残った500人の負傷者をすべて他へ転送され、救護所としての検疫所は閉鎖された。