第二幕第一场,幕间剧。大帷幕上有各种装饰,平、彭、潘3人各带随从上场,平唱《命运的铜锣在圣殿响起》,3人唱中国风味的三重唱,他们计算为破谜处死的已有13人,反对参与这残酷的游戏。后面又传出《磨利斧子》的合唱,3位大臣哇庆祝婚礼的《为她铺上柔软的被子》,据说此旋律采自中国皇帝去寺庙礼佛时的音乐。喧闹起,3人说又有人要被斩首,以进行曲节奏换场。第二场,皇宫前广场。8位官员拿着写着图兰朵谜题与答案的案卷,众人交头接耳,3位大臣也上场,年老的皇帝坐在最高层宝座上。卡拉富站在阶下,帕木尔与柳儿则在围观群众中,百姓跪伏在地,齐声赞颂皇帝。皇帝劝说卡拉富取消求婚,卡拉富拒绝。进行曲声中,侍女们在台阶上撒下鲜花,台后传来童声之歌,图兰朵登场。她微视卡拉富后,以威严的口气唱咏吧调《过去的故事》(In
questa Reggia),叙述她祖母遭入侵的鞑靼人俘虏凌辱后悲惨地死去,说她是为了替祖母报仇,才以这主意使外来的求婚者赴死。她说,没有人能占有她,冷酷地唱:“外邦人试试看,谜题有3个,死亡只有一次。”卡拉富也回答:“谜题有3个,死亡只有一个。”猜谜开始,第一个谜题是“在黑暗中,幻影如彩虹飞舞”。公主说:“这幻影是人人梦寐以求的,它为了在每个人心中苏醒,便在每一个晚上诞生,在清晨死亡。”卡拉富回答:“希望。”官员打开答案,表示正确。图兰朵走到台阶中段,说出第二个谜语:“像火焰非火焰,失去了生命就会冷却,梦见征服就会复燃,颜色如夕阳艳红,声音清晰可闻。”卡拉富想了一会儿答:“一见到公主双眼就燃烧、苦恼的是热血。”答案正确,大家欢呼。公主愤怒地走下台阶,第三道题是:“冰冷给你火焰,从火焰中得到更冷的冰。若盼望自由就成奴隶,想当奴隶却变成国王。”卡拉富脸色苍白地陷入沉思,图兰朵逼问,一会儿卡拉富跳起来说:“而今胜利属于我,我的火焰会使冰融化,那就是图兰朵!”群众庆贺合唱,欢呼谜已被彻底解开。图兰朵跪在皇帝前说,“请不要把清纯的处女交给陌生人”,又面对卡拉富说:“我不会成为你的!”皇帝却说誓言是神圣的,众人呼应。卡拉富说,“刁蛮的公主啊,我真心爱你。”他对图兰朵说,解除婚约只有在天亮前回答一个问题,说出他的名字。众人歌颂皇恩,送他入宫。
第三幕第一场,皇宫内庭。夜,卡拉富听着远处传来“谁能不准睡觉”的声音,唱著名的咏叹调《无人入眠》(Nessun dorma),他坚信黎明一到,胜利就会属于他。平、彭、潘上场,把一个
美女推给卡拉富,美女向卡拉富献媚。3个官吏又以财物诱惑,见美女与贿赂都不发生作用,对卡拉富说:“如查不出你的名字,我们都会被杀死,请你快离开这里。”卡拉富坚持“我的希望是图兰朵”,大家拔剑指向他,想逼他说出名字。这时舞台后传来“我们知道了”的喊声,士兵把帕木尔和柳儿押上来,图兰朵登场。图兰朵一声令下,先审帕木尔,柳儿挺身而出说,只有我知道他的名字卡拉富想去救柳儿,反被逮捕,柳儿当着卡拉富的面被拷打,图兰朵问她为什么不愿说出名字,她说“这是爱情的力量”。柳儿唱《隐藏在心里的爱比痛苦更坚强》(Tanto amore segreto),
她对图兰朵说,我沉默地把他的爱给你,我虽然会失去一切,但这是心爱者最珍贵的礼物。这时大众叫道“杀头,杀头!”刽子手出现,柳儿唱咏叹调《公主你冰冷的心》(Tu che di gel sei cinta),她说公主你懂
得爱后,冰冷的心就会被热情的火焰融化。趁卫兵不注意,她拔剑自刎,普契尼原作到此为止。续完的内容是,帕木尔靠在柳儿尸体边痛哭,送葬的队伍远去后,卡拉富与图兰朵的二重唱。卡拉富扯去图兰朵的面纱,说冰冷的公主,你应看看这为你而流的热血。图兰朵表示,即使面纱拿掉,我的心仍在天上。卡拉富强行亲吻,图兰朵自语:“我究竟怎么了?我输了?”她的心终于融化,流下了眼泪。台后传来优美的歌声,人们庆贺黎明来临,卡拉富的爱情诞生,图兰朵唱咏叹调《泪水盈眶》。卡拉富说:“今天公主已属于我,我要把名字和生命都献给你,我是鞑靼王子卡拉富。”图兰朵拉着他的手走向大众等待的广场。第二场,皇宫前广场。早晨,在进行曲下,皇帝坐上宝座,大众高呼万岁。图兰朵与卡拉富上场,图兰朵说,“父亲,我已知道了这个年轻人的名字,他的名字叫作爱。”卡拉富与图兰朵拥抱在一起,群众高唱“太阳,生命,愿一切永远”的合唱祝贺他们幸福,剧终。