Младата японка се надява, че Пинкертон ще се върне, ако не за нея, то за него. Шарплес я попитва за името на малкия, а Бътерфлай отговаря: „Сега то се казва Скръб, но ако баща му се върне, ще се казва Щастие.“ Трогнат, Шарплес обещава скоро отново да я посети. Раздава се топовен изстрел. Развълнувана Бътерфлай взима далекогледа и поглежда към пристанището. Обхваща я силно вълнение. Това е корабът, на който служи Пинкертон. Тя повиква Сузуки и й нарежда да украси цялата къща с цветя. След това пробива три дупки в книжния прозорец: най-високата за нея, средната за прислужницата, а най-ниската за детето. Скоро Сузуки и малкият заспиват. Само „Бътерфлай“ остава будна да следи през прозореца и да чака връщането на мъжа си. Слънцето изгрява. Бътерфлай е чакала цяла нощ връщането на Пинкертон, но него го няма. Тя още стои неподвижна и гледа през дупката на книжния прозорец. Сузуки се събужда и помолва господарката си да си легне, като обещава, че ако Пинкертон дойде, тя веднага ще я събуди. Бътерфлай взима детето си и влиза в своята спалня. Скоро идват Пинкертон и Шарплес. Като ги вижда, развълнуваната Сузуки веднага тръгва към стаята на господарката си, но те я спират. Прислужницата започва да им разказва как Бътерфлай чакала цяла нощ на прозореца, как преди това обкичила с цветя къщата, но изведнъж вижда в двора непозната жена и млъква. Пинкертон смутено се обръща настрана. Шарплес тихо казва истината на Сузуки, това е жената на Пинкертон, която е толкова добра, че ще вземе със себе си детето. Разстроен, Пинкертон избягва. На вратата неочаквано се появява Бътерфлай. Тя се е досетила, че съпругът й се е върнал, и с радост иска да го види. Вместо него обаче вижда младата жена. Чо-Чо-Сан няма нужда от обяснения — разплаканите очи на Сузуки и женското й сърце разкриват истината. Кети Пинкертон я помолва да й даде детето, но Бътерфлай отговаря, че ще го повери само на баща му. Шарплес отвежда Кети Пинкертон, а Бътерфлай помолва Сузуки да я остави сама. Тя нежно се прощава с детето си и с кинжал в ръка влиза в стаята. Единствено, което сега й е останало, е да изпълни завета на своя баща — ако не можеш да живееш с чест, умри с чест. Бътерфлай се промушва с кинжала. Навън се чува гласът на Пинкертон. С последни сили нещастната жена се домъква до вратата, посочва му детето си и пада мъртва.
МУЗИКА
Операта „Мадам Бътерфлай“ е нещо по-ново в творчеството на Пучини. От нея лъха ароматът на източна екзотика и японската народна песен. В музиката композиторът е използувал не само елементи от японския фолклор, но и някои оригинални песни като теми. Разбира се, трябва да се подчертае, че екзотичното е само окраска. Всъщност музиката е дълбоко италианска, носеща характерните белези на самобитния почерк на автора. Докато в „Тоска“ Пучини се беше насочил към тема с по-голяма обществена значимост, тук той отново се ограничава към личните преживявания на своите герои. Дори нещо повече: бичуването на отрицателната постъпка на Пинкертон, характерно за драмата на Беласко, в операта е избягнато. И либретисти, и композитор са направили от Пинкертон един традиционен лиричен герой, на който дори и публиката в края започва да съчувствува.
В това си произведение Пучини се е спрял на първо място на личната драма на Бътерфлай. Нейният образ е близък до пораншните героини на Пучини, които също по един или друг начин загиват, но този е най-ярък и най-привлекателен. Нещо, което е особено важно, е правдивото разкритие на образа на Бътерфлай, нейната така задълбочена и детайлизирана музикална характеристика. Тук композиторът показва умението си да разкрива и най-тънките нюанси на преживяванията на своята героиня.
В „Мадам Бътерфлай“ Пучини използува най-широко лайтмотивната техника. Наред с лайттемите на главните герои в операта той въвежда и други — по-обобщени, като например играещия важна роля лайтмотив на „проклятието“, на „американците“, изграден върху мелодията на американския химн и преди всичко на „любовта“.