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Clara, sconvolta dal fatto che Jacopo voglia denunciarla per quanto accaduto a Mitzi, si toglie la vita. Il generale Falkenstein sfida Jacopo a duello. Nel frattempo un'altra donna viene uccisa con il coltello d'oro e l'ispettore Venezia comprende che l'assassino colpisce nelle notti di luna piena. Pietro scopre inoltre che Marco e Caterina erano stati amanti.

Nuovi indizi fanno sospettare che Marco sia coinvolto nella scomparsa di Caterina e negli omicidi. Olimpia assume la cameriera incinta Betta per evitare di crescere il figlio di Marco, mentre Anita tenta di farla abortire ma finisce per bere lei stessa l'infuso preparato. Marco viene arrestato. Durante il duello tra Jacopo e Falkenstein, Mitzi si risveglia; intanto Pietro viene salvato da un agguato proprio da Caterina, che è ancora viva.

Pietro e Caterina si rifugiano nella baita di Romeo. Caterina racconta di aver scoperto una lettera capace di sottrarre il Grand Hotel agli Alibrandi e di essere quasi stata uccisa da Marco quando aveva tentato di portargliela via. Tornata di nascosto all'hotel, recupera la lettera dalla stanza numero 100 attraverso un passaggio segreto e decide di ricattare Vittoria.

Vittoria non riesce a presentarsi all'appuntamento per consegnare il denaro richiesto da Caterina. Braccata nell'hotel, Caterina apre i condotti del gas con l'intenzione di far esplodere l'edificio, ma viene colpita e uccisa. Betta trova il corpo e Vittoria le impone di mentire sul luogo del ritrovamento. L'ispettore Venezia sospetta che non si sia trattato di un incidente e chiede inutilmente di poter eseguire l'autopsia.

Nel lago viene trovato uno scheletro risalente a molti anni prima, mentre una lettera anonima spinge Venezia a riaprire l'indagine sulla morte di Caterina. Nelle cucine viene ritrovata l'arma del delitto. Anita scopre inoltre che una vecchia lettera dimostra che Angelo è il figlio segreto del defunto proprietario Alibrandi e quindi il vero erede del Grand Hotel. Nel frattempo le indagini conducono finalmente al serial killer che ha terrorizzato l'hotel per anni.

Viene scoperta la verità sulla morte di Caterina: Olimpia l'ha colpita durante una colluttazione, mentre Oreste Ratti ha recuperato la lettera compromettente. Pietro scopre che Angelo è il legittimo erede del Grand Hotel, ma Marco e Ratti tentano di fermarlo. Angelo resta folgorato mentre lavora all'impianto elettrico e Anita fugge con la lettera. Pietro viene arrestato come disertore, ma riesce a raggiungere la chiesa e accusa Marco dell'omicidio del padre di Adele proprio mentre il matrimonio tra Marco e Adele è ormai concluso.