Saat fajar menyingsing, lonceng gereja Roma berbunyi dan seorang gembala bernyanyi. Seorang tentara membawa Cavaradossi masuk, dan sipir penjara mencari nama tahanan di surat-surat dan memberitahunya bahwa ia hanya punya waktu satu jam untuk hidup. Sebagai imbalan sebuah cincin, ia diizinkan menulis beberapa baris untuk kekasihnya. Tosca masuk dan bergegas menghampiri Cavaradossi, menunjukkan surat izin keluar penjara, dan menceritakan apa yang telah terjadi. Ia meminta Cavaradossi untuk bersikap wajar saat mereka melakukan eksekusi. Regu tembak berbaris, menembak tahanan, dan Mario jatuh. Saat para tentara mundur, Tosca mendekati kekasihnya dan memanggilnya, mendesaknya untuk melarikan diri, tetapi Mario telah meninggal.