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Stiva Oblonskij chiama a Mosca la sorella Anna perché lo aiuti a riconciliarsi con Dolly. Alla stazione Anna incontra Vronskij, che se ne innamora immediatamente; durante un ricevimento i due danzano insieme, ferendo profondamente Kitty.

Anna torna a Pietroburgo e riprende la vita con Karenin e il figlio Sergej, ma Vronskij continua a cercarla. La loro relazione diventa presto di dominio pubblico e Vronskij le chiede di lasciare il marito, mentre Anna teme di perdere il figlio.

Durante una corsa di cavalli Vronskij cade e la reazione di Anna rende evidente la loro relazione. Anna confessa tutto a Karenin, che rifiuta il divorzio purché lo scandalo resti nascosto; Levin, intanto, torna alla vita di campagna.

Anna rivela a Karenin di essere incinta e dopo il parto rischia di morire. Karenin la perdona e riconosce la bambina, mentre Vronskij tenta il suicidio; Anna ottiene infine maggiore libertà e parte con l'amante per l'Italia, mentre Levin sposa Kitty.

Anna e Vronskij tornano in Russia ma la società continua a respingere lei mentre accoglie lui. La crescente gelosia e l'isolamento logorano la relazione