Až keď sa v spoločnosti začne klebetiť, snaží sa pozhovárať s Annou, no tá poprie akýkoľvek vzťah k Vronskému. Naďalej sa stretáva s Vronským a Alexej Alexandrovič nič nemôže spraviť. Asi po roku platonického vzťahu sa stanú milencami. Levin sa vracia na vidiek. Rozhodne sa nemyslieť na Kitty a venovať sa svojmu hospodárstvu - chce ho zmodernizovať a začne písať odbornú knihu o roľníctve a poľnohospodárstve. Príde ho navštíviť Oblonskij a oznámi mu, že Kitty sa nevydala za Vronského, ale sa zotavuje z choroby v cudzine. Alexejovi Vronskému prekáža klamstvo a podvody, v ktorom žije. Keď mu Anna oznámi, že čaká dieťa, požiada ju, aby povedala jej manželovi o ich vzťahu. Na konských dostihoch Alexej pri pretekoch spadne z koňa. Anna v strachu oňho dostane hysterický záchvat. Keď ju manžel karhá za neprístojné správanie v spoločnosti, vykričí mu celú pravdu. Alexej Alexandrovič jej listom oznámi, že jej nedovolí rozbiť rodinu a hrozí, že jej vezme syna. Žijú ďalej pod jednou strechou, no Anne sa zdá ich spolužitie neznesiteľné. Napriek mužovmu zákazu pozve do domu Vronského. Karenin sa o tom dozvie a začne vybavovať rozvod. Levin prichádza na to, že miluje Kitty a nemôže bez nej žiť. Keď sa v Moskve stretnú, spýta sa jej, či nezmenila svoje rozhodnutie a ona sa mu prizná, že ho ľúbi. Vezmú sa a odchádzajú žiť na vidiek.
Anna prekoná ťažký pôrod. V nebezpečenstve smrti žiada manžela o odpustenie. Vronskému povie, že ho neľúbi a on sa v zúfalstve pokúsi zastreliť. Alexej Alexandrovič odpustí žene aj Vronskému a obľúbi si Anninu dcéru. Chce, aby bola Anna šťastná a je ochotný rozviesť sa a vzdať sa všetkého. Anna rozvod odmietne a odchádza s Vronským a s dcérou do Talianska. Po čase začne Anne chýbať syn. K dcére necíti to čo cítila k synovi.
Levinovci spolu prekonávajú bežné starosti. Kitty pomôže Konstantinovi prekonať smrť jeho brata Nikolaja. Ich vzťah sa prehĺbi počas Kittinho tehotenstva.
Anna s Vronským sa vracia do Ruska. Usadia sa na vidieku. Vronskij sa stará o hospodárstvo a zapája sa do verejnej činnosti. S Annou trávi málo času, preto Anna začína rozmýšľať o tom, či ju Vronskij ešte ľúbi. Potrebuje zmenu a preto odchádzajú do Moskvy. Tu však žije izolovane, pretože „vyššia spoločnosť ” ju odsudzuje. Žiarli na Vronského a na každý jeho krok a rozmýšľa, či neľúbi inú. Pri takýchto úvahách často pomýšľa na samovraždu. Keď po hádke Vronskij odíde na vidiek, Anna sa rozhodne ísť za ním a poberie sa na vlakovú stanicu. Tu však uvidí muža, ktorý sa jej často zjavuje v nočnej more, čo ju tak vydesí, že v zúfalstve skočí pod vlak.