1° quadro, Giardino della reggia.

È notte. Le voci degli araldi annunciano gli ordini di Turandot: che nessuno dorma a Pechino fino a quando non sarà scoperto il nome del principe ignoto. Calaf attende tranquillo il sorgere del sole ("Nessun dorma", una delle arie più note del repertorio lirico).
Ping, Pong e Pang vengono a offrirgli, in cambio del suo nome, tutto ciò che un uomo può desiderare: bellissime fanciulle, ricchezze, gloria e libertà. Ma il principe non si lascia smuovere né dalle lusinghe né dalle minacce. Intanto i soldati introducono Timur e Liù, perché alcuni testimoni fra la folla li hanno visti parlare con Calaf e quindi si sospetta che ne conoscano il nome. Turandot ordina che Timur sia messo alla tortura, ma Liù afferma che solo lei conosce il nome del principe. Affronta Turandot ("Tu che di gel sei cinta"), poi si suicida piuttosto che tradire il segreto dell'uomo che ama (Turandot: "Chi pose tanta forza nel tuo cuore?" / Liù: "Principessa, l'amore"). Turandot è scossa da questo gesto. Rimasto solo con lei, Calaf, dopo aver rimproverato a Turandot la sua freddezza, vincendone le resistenze la prende con passione fra le braccia e la bacia. È l’alba. Calaf le rivela il proprio nome e ancora una volta rimette la sua sorte nelle mani di Turandot.

2° quadro, Esterno del palazzo imperiale.

La corte e tutta la folla è in attesa della comparsa di Turandot che annuncerà l'esito delle ricerche. Turandot compare raggiante al sommo della scalinata e dichiara di conoscere il nome del principe ignoto: il suo nome è Amore. Calaf l'abbraccia mentre la folla esulta (grande finale sinfonico-corale coi temi dell'opera).