Angelottis flukt er oppdaget, og det skytes med kanoner fra Castel Sant'Angelo. Cavaradossi gjemmer Angelotti i sin villa. Mens de forlater kirken, fylles den av folk som feirer seieren over Napoleon ved Marengo, også selve politisjefen, baronen Scarpia, kommer med sine menn ( (Hvem bråker her i kirken?)). Han oppdager at familien Angelottis kapell er åpent, og finner der en vifte. Tosca kommer tilbake til kirken for å forklare for Cavaradossi at hun ikke har tid til å treffe ham som avtalt. I stedet vokser hennes sjalusi når Scarpia viser henne viften. Opprørt forlater hun deretter kirken. Scarpia gir da sine menn ordre om å følge etter henne. (Tre politimenn, én vogn/Ta med deg tre sbirrer, skynd deg), Scarpia: (Gå, Tosca, i ditt hjerte bor nå Scarpia), koret: (Min hjelp står i Guds navn), Scarpia: (Dobbel triumf kan jeg kanskje oppnå).