En casa de Obloski existen ciertos problemas domésticos como consecuencia de sus devaneos con la institutriz de sus hijos. Su hermana, Ana Karenina, anuncia su llegada a la ciudad, lo que complicará más la situación.
Como viene siendo costumbre, los jueves se celebra una reunión de tipo social en la casa de los príncipes Cherbatzki. El príncipe piensa que debe buscar una disculpa para que la reunión sea aplazada, puesto que ya es del dominio público las desavenencias matrimoniales de Hita Dolly, lo que se puede prestar al comentario público. También molesta al príncipe la presencia del conde, al que no considera un partido apropiado para su hija Kitty. Los acontecimientos de la recepción hace que los príncipes discutan. Mientras tanto, Ana escucha las confidencias de su cuñada y trata de ayudar al matrimonio.
La presencia de Ana parece que va a resolver los problemas del matrimonio Oblonski. En casa de éstos, Ana charla amigablemente con Kitty, la hermana menor de su cuñada, que tiene ciertos problemas con la elección de marido entre sus pretendientes. La experiencia de Ana puede servirle de gran ayuda. A peticion de Kitty, Ana accede a acudir a un baile en el que, además de recordar sus éxitos de soltera, parece ser la reina de la fiesta, sobre todo para cierta persona cuya actitud causa malestar a Kitty.
Resueltos los problemas de Oblonski, Ana Karenina se dispone a regresar a San Petersburgo, no sin antes confesar a su cuñada lo desagradable que le resultó el baile de la noche anterior. En la estación, Ana se encuentra con Wronsky, con quien hace el viaje de regreso. En San Petersburgo la espera su marido, que se siente feliz de volver a tenerla a su lado. Al llegar a casa, el pequeño Sergio recibe alborozadamente a su madre y los regalos que esta le trae de la capital.
Kitty se encuentra enferma y sus padres celebran una reunión de médicos de la que sale la posibilidad de un viaje a Alemania, que ilusiona mucho a Dolly, su madre. Al mismo tiempo, Dolly trata de convencer a su hermana de que no valen la pena los disgustos que se lleva a causa del amor que siente por Wronsky. En los salones y reuniones sociales de San Petersburgo se comentan las atenciones que el conde Wronsky tiene con Ana Karenina, atenciones que ella, fiel a sus principios, procura rechazar, pero que, a pesar de todo, dan lugar a una tremenda discusión entre Ana y su marido.
Después de recorrer sus tierras, Constantino León recibe la grata sorpresa de la visita de Oblonski. Éste le explica los motivos de la visita: verle, cazar con él y vender unos terrenos que posee en la zona. Constantino sabe, por Oblonski, los pormenores de la enfermedad de Kitty y el nuevo destino de Wronsky. La presencia del conde en el lugar del veraneo de Ana supone para ambos una felicidad que preocupa a los demás miembros de la familia.
Al regresar de las carreras tiene lugar entre el matrimonio Karenin una desagradable escena, en la que Ana revela a su marido sus verdaderos sentimientos. Dolly, que pasa el verano en el campo, tiene ocasión de entrevistarse con León y hablar de Kitty. Una carta de su marido hace que Ana cambie los planes que tenía al final del verano y se entrevista con Wronsky para comunicarle su próximo regreso a San Petersburgo y su proyecto de intentar resolver su situación familiar.
De regreso a San Petersburgo, Ana mantiene una conversación con su marido. Ante la entereza de Alexei, Ana se siente humillada. Dolly y Kitty pasan el verano en el campo y desearían tener alguna relación con Constantino, pero el joven, aunque se muestra amable, no se decide a visitarlas. Mientras, ciertas obligaciones profesionales mantienen a Wronsky alejado de Ana. Cuando regresa y es llamado por ella, su presencia en la casa da lugar a una violenta escena entre Ana y su marido.
Las circunstancias obligan a Karenin a consultar a un abogado cuando le sorprende la visita de su cuñado Oblonski, que casualmente ha sabido de su presencia en la capital y desea que asista a una cena que celebrará en su casa. Las razones de su negativa causan a Oblonski gran disgusto, pero insistiendo en su invitación logra que Karenin acepte. Su presencia en casa de los Oblonski ofrece a Karenin la oportunidad de mantener con su cuñada una interesante conversación.
La comida en casa de los Oblonski significa el arranque de la felicidad para Kitty y Levin, que han comprendido que nada hay mejor para ellos que unir sus vidas. La grave enfermedad de Ana hace que Karenin regrese a San Petersburgo y que se reúna con Wronski y el médico ante el lecho de la enferma, que solicita su perdón y su olvido. Karenin, después de ver a su mujer, se entrevista con Wronski y le expone su postura y los planes que tiene. Wronski abandona la casa de Karenin y, en la suya, es incapaz de resistir la desesperación que le invade.
