Mentre Pechino veglia per ordine di Turandot, Calaf aspetta l’alba, sicuro della propria vittoria. Ping, Pang e Pong gli offrono qualsiasi cosa purché rinunci, ma il principe non cede. I tre ministri fanno quindi arrestare Timur e Liù, la quale si toglie la vita pur di non tradire il segreto dell’uomo che ama. Il suicidio della giovane sconvolge tutti e la folla si allontana, in un triste corteo funebre. Rimasto solo con Turandot, Calaf la affronta a viso aperto, riuscendo a baciarla e a sciogliere il suo cuore di gelo. La principessa gli confessa di averlo amato sin dall’inizio, ma di aver avuto troppa paura di quel sentimento e di considerare la resa un’umiliazione. Giocandosi la vita, Calaf le rivela il proprio nome, lasciando che sia lei a decidere la sua sorte. Convocati il popolo e la corte, Turandot afferma che lo straniero si chiama Amore. Sorge il sole e tutti festeggiano la nuova coppia regale.