深夜过去了，太阳渐渐升起，蝴蝶夫人依旧站在门口等着，铃木刚刚睡醒，向蝴蝶说到:
“您太累了，去休息一会儿吧！如果他回来，我会告诉您的。”
蝴蝶一言不发，抱着任在熟睡的孩子向房间走去。这时铃木看见有个人影在屋外向自己打手势，便出门看看状况。
这时平克顿和好友突然出现，铃木看着平克顿说到:
“她天天等你回来，你看地上的鲜花都是为你准备的，让我现在去把夫人叫醒。”
平克顿立刻把铃木拦住，当铃木回头一看，看见一位金发碧眼的美丽女子。
好友:“她是平克顿在美丽国的合法妻子”
平克顿看着错愕的铃木也不知如何是好，决定先行离开，让蝴蝶独自面对不幸的事实。
在屋内的蝴蝶，听到屋外的话语声，便跑出来查看。
当蝴蝶看见夏普与那位女子后，内心已明白了发生了什么。
金发女子说:“请你原谅我们，把孩子交给我们吧。”
听完女子的请求，蝴蝶夫人答应了，并安静的走回房间，看着熟睡的孩子相当的不舍。便紧紧的抱着孩子:
刘沐妍我的孩子啊！妈妈要永远离开你了，当你到遥远的国度时，要记得妈妈哦！
便在孩子手中塞进了一面美丽国的国旗和一个小木偶，然后用手帕将孩子的眼睛蒙上。
从墙上摘下那把我们在第一幕中看到过的匕首。
她再次跪倒在神像前，慢慢抽出匕首，声音低沉却十分清晰地读出上面刻的一行字：
刘沐妍“宁可怀着荣誉而死，决不受屈辱而生。”
结束了自己的一生。屏风后面传来当啷一声。巧巧桑跌跌撞撞地裹着白围巾走了出来，她脸色苍白，使劲向孩子伸出双手，但是终于没有够着，倒下了。
“蝴蝶！蝴蝶！”
这是平克尔顿的声音，他在向这里奔来。可是，晚了。蝴蝶永远地倒在血泊中。
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