Paris. Dehors, le carnaval bat son plein. Dans sa chambre, seule et démunie, Violetta est mourante. Elle n’a d’autres visites que celle du docteur Grenvil, qui vient tous les jours. Elle retrouve quelques forces grâce à une lettre du père d’Alfredo, qu’elle lit et relit : à la suite du duel avec le baron, Alfredo a fui à l’étranger. Germont lui dit aussi qu’il a révélé à son fils le sacrifice qu’elle a fait et que bientôt, il va venir implorer son pardon.

Alors qu’elle perd tout espoir (« Addio del passato »), celui qu’elle attendait si ardemment paraît enfin. Le rêve d’une nouvelle idylle est de courte durée (« Parigi, o cara, noi lasceremo »). Germont arrive dans les pas de son fils et, lui aussi, demande pardon. Violetta remet à Alfredo un médaillon avec son portrait, pour qu’il lui rappelle les jours passés quand il épousera, après sa mort, « une jeune fille pure ». Après un ultime spasme « Ah, je me sens revivre ! », elle expire.