卡列宁自妻子离家出走后，感到人人都轻蔑他、嘲笑他。只有老朋友莉蒂亚伯爵夫人自动来给他料理家务。不久，卡列宁得到沙皇政府颁发给他的一枚亚历山大勋章，于是他感到一切晦气都消失了。
安娜和渥沦斯基在欧洲旅行了三个月。在这期间，安娜感到是幸福的，但她是以失去名誉和儿子的代价换来的。归国后，她没有回家，而是住在旅馆里。这时她十分思念自己的儿子。她想象儿子在父亲这块冷冰下，是得不到温暖的。于是她在儿子谢辽沙生日那天，偷偷去看望他。天真无邪的谢辽沙不放妈妈走，他含着泪，绝望地叫道：“再没有比你更好的人了。”安娜从谢辽沙书房出来，撞见了卡列宁，但他低着头，让她过去了。
渥沦斯基被社会舆论和重新踏进社交界的欲望所压倒。他坚持要和安娜分居，避免和她单独见面。同时，还禁止安娜参加社交活动和看戏。安娜对渥沦斯基的行为感到意外，责问他说：“我们还相爱不相爱，别人我们用不着顾虑。”在一次社交晚会上，安娜受到卡尔塔索夫夫人的公开羞辱。回来，渥沦斯基便抱怨和责备起安娜来，说她不听从他的劝告。
他们搬到渥沦斯基的田庄上居住。田庄经过一番整顿，设备很完美，有育婴室、医院、马厩，一切都带有英国风味。渥沦斯基要安娜和卡列宁正式离婚，安娜答应了。但她又担心儿子将来会看不起她。他们的感情已不象以前那么融洽了。安娜要想尽各种办法去博得渥沦斯基的欢心，而渥沦斯基正是欣赏她这一点。
奥勃朗斯基邀列文去看他的妹妹安娜。列文被安娜的风姿所吸引。认为安娜身上有一切好东西：“智慧、温柔、端丽，还有诚实的品性”，是一个非同寻常的女人。回家后，他把自己的印象和会面的情形告诉给妻子听。吉提感到气愤和嫉妒。
奥勃朗斯基受安娜委托去向卡列宁提出离婚的要求。卡列宁拒绝了。他认为他不能违反基督教和神的意志。同时，他又告诉奥勃朗斯基：谢辽沙已长大，在他亲自教育下，已学会了对母亲的憎恨。
安娜要求渥沦斯基把爱情集中在自己的身上，可是渥沦斯基对她越来越冷淡。他常上俱乐部去，把安娜一人扔下。安娜要求渥沦斯基说明：假如他不再爱她了，也请他老实说出来。结果，渥沦斯基大为光火。另一次，安娜追问渥沦斯基，他的母亲是否要为他说亲事，两人又发生了口角。渥沦斯基提醒安娜，不要诽谤他“尊敬的母亲”。安娜认识到渥沦斯基也是个虚伪之徒，因为他并不爱自己的母亲。他们整整闹了一天的别扭。晚上，安娜称病，渥沦斯基没有去看她，使她感到灰心，她想到了死。第二天，渥沦斯基要到母亲那里去，安娜向他暗示：“你会后悔的。”但渥沦斯基却采取“置之不理”的办法。
安娜见渥沦斯基走了，叫仆人去追他回来，自己要向他承认错误，但火车已开了。安娜准备自己坐车去找他。她想象着渥沦斯基现在正和他母亲及他喜欢的小姐谈心呢。她回想起她和渥沦斯基的这段生活，渥沦斯基已明白地表示出对她厌倦了，爱她的热情也过去了。……她跑到车站，在候车室里，她接到渥沦斯基的来信，告诉她今晚十时他才能回来。于是安娜决定“不让你折磨了”，她投向火车，卧轨自杀了。
卡列宁参加了安娜的葬礼，并把安娜生的女孩带走了。渥沦斯基受到良心的苛责，他以志愿兵的身份报名去塞尔维亚和土耳其作战，但愿求得一死。
列文的生活过得很平静、幸福。但他没有信仰，精神空虚。特别是他的农业改革计划得不到农民的支持，失败了，陷入苦闷和彷徨之中。但他想起一次和农民费多尔闲谈时，听到的几句话：“费卡尼奇是个诚实的老头子。他活着是为了灵魂，他记着上帝。”于是列文恍然大悟。他决定走信仰上帝的路。这样一来，他便感到生活中的一切都有意义起来，不再烦恼了。他们一家和奥勃朗斯基一家经常往来，讨论着各种问题。
