第二幕：三年后，平克顿已结束任务并返回美国，但蝴蝶深信他会重回她的身边。忠心的仆人铃木，衷心希望女主人不再饮泣。夏普莱斯受平克顿所托带给蝴蝶一封信，蝴蝶准备阅读此信时，山鸟却出现，五郎更有意撮合他们。但蝴蝶对这求婚却不为所动，并再三强调她一直是平克顿的妻子。
 五郎及山鸟离去后，夏普莱斯替蝴蝶读出平克顿的信。可惜，当蝴蝶得知平克顿从此一去不返，心感伤心欲绝。蝴蝶本来与平克顿育有一子，但平克顿全不知情，夏普莱斯遂答应将此事告知予平克顿。此时，远处传来枪声，迎接平克顿正在乘搭的“林肯”号的回航。蝴蝶与铃木欣喜若狂，细意用花为家居修饰，连同儿子三人穿上华美衣服，等待平克顿的回来。