Сумерки. Девушки пытаются развеселить опечаленную Лизу, но она скрывает свои мысли. Лишь оставшись одна, Лиза поверяет свою мрачную тайну ночи. Она чувствует любовь к таинственному незнакомцу, он прекрасен" как падший ангел", в его глазах "огонь палящей страсти". Неожиданно на балконе возникает Герман. Он открывает Лизе свою любовь и умоляет ее принять это признание, потому что иначе он готов расстаться с жизнью. Ее ответом становятся слезы сострадания. Их прерывает стук в дверь. В комнату входит Графиня, а спрятавшийся за портьеру Герман при виде ее внезапно вспоминает страшную тайну трех карт. В лице старухи ему чудится страшный призрак смерти. Но она уходит и порывистое объяснение Германа завершается ответным признанием Лизы.

Бал. Елецкий, встревоженный холодностью Лизы, уверяет её в своей любви, но в то же время благородно дает ей свободу. Сурин и Чекалинский в масках издеваются над Германом: «Не ты ли тот третий, кто, страстно любя, придёт, чтобы узнать от нее три карты, три карты, три карты?» Германа пугают эти слова. По окончании интермедии «Искренность пастушки» он сталкивается с Графиней. Получив от Лизы ключи от потайной двери Графини, Герман воспринимает это как роковое предзнаменование. Сегодня ночью он узнает тайну трёх карт.

Герман пробирается в спальню Графини. С трепетом всматривается он в её портрет в молодости и ощущает тайную роковую силу, связывающую его с ней: "гляжу я на тебя и ненавижу, а насмотреться вдоволь не могу". Появляется сама Графиня в сопровождении приживалок. Она брюзгливо вспоминает прошлое и постепенно засыпает в кресле. Неожиданно перед ней возникает Герман, умоляющий открыть тайну трёх карт: «Вы можете составить счастье целой жизни, и оно вам ничего не будет стоить!» Но Графиня, онемевшая от испуга, недвижима. Взбешённый Герман угрожает пистолетом и старуха падает замертво. Пророчество сбылось, но тайна осталась Герману неизвестна. На шум приходит Лиза и видит Германа в состоянии безумия. Она понимает, что Герману была нужна тайна трех карт.

 Герман в казармах. Он читает письмо Лизы, где она назначает ему свидание на набережной. Он перебирает в памяти прошедшее и в его воображении встают картины похорон старухи, слышится призрачное заупокойное пение. В окно стучат. Гаснет свеча. Ужаснувшийся Герман видит призрак Графини и слышит ее слова: «Я пришла к тебе против воли. Но мне велено исполнить твою просьбу. Спаси Лизу, женись на ней, и три карты выиграют сряду. Запомни! Тройка! Семёрка! Туз!» «Тройка… Семёрка… Туз…» — как заклинание повторяет Герман.

Лиза ждет Германа на набережной у Зимней канавки. Она испытывает страшные муки сомнений: «Ах, истомилась, исстрадалась я». Когда часы бьют полночь и Лиза окончательно теряет надежду, появляется Герман, поначалу повторяющий за Лизой слова любви, но одержимый уже другой идеей. Лиза убеждается, что Герман — виновник смерти Графини. Его безумие усиливается, он ее не узнает, его мысли только об игорном доме: "Там груды золота лежат и мне, мне одному они принадлежат". Он убегает в игорный дом, а Лиза, доведенная до отчаяния, бросается в воду.

Игроки веселятся за карточным столом. Их развлекает Томский шутливой песенкой. В разгаре игры появляется взбудораженный Герман. Дважды подряд, предлагая крупные ставки, он выигрывает. «Сам черт с тобой играет заодно», — возглашают присутствующие. Игра продолжается. На сей раз против Германа князь Елецкий. И вместо беспроигрышного туза в его руках оказывается дама пик. Герману видятся на карте черты умершей старухи: «Проклятая! Что надобно тебе! Жизнь моя? Возьми, возьми её!» и он закалывается. В сознании умирающего героя возникает прекрасный образ Лизы: «Красавица! Богиня! Ангел!» С этими словами Герман умирает.

Вот и вся история