Жизнь Анны, Вронского и Алексея Александровича все больше опутывается во лжи. Анна с трудом рожает девочку и чуть не умирает от родильной горячки. Каренин жалеет ее и в нем просыпается сострадание к жене. Оставаясь в беспамятном состоянии, Анна отвергает Вронского. Столкнувшись с ним, Каренин объясняется и говорит, что они всей семьей уедут в Москву. В отчаянии, Вронский пытается покончить жизнь самоубийством, но его вовремя спасают. Когда Анна приходит в себя, она снова начинает тяготиться мужем. Вскоре она уезжает с вышедшим в отставку Вронским и их дочкой за границу. Каренин уезжает в Москву.
Левин продолжает свои реформы в деревне и даже пишет книгу о хозяйственном переустройстве. Ему кажется, что он уже забросил свои мечты о семейном счастье. Эти иллюзии вмиг исчезают, когда он узнает о болезни Кити и когда видит ее в Ергушово. В нем снова оживают давние чувства и на обеде у Облонских, он повторно делает ей предложение и получает согласие.
Каренин решается подать на развод. Анна с Вронским путешествуют по Италии, и сначала ей кажется, что она счастлива, но затем она начинает тяготиться мыслями о разлуке с сыном, об утрате честного имени и о том, что она явилась причиной всех несчастий своего мужа. Вронский также начинает чувствовать себя несчастным.