Токмаков принимает у себя в доме царя. Но тот недоверчив и злобен — всюду мерещится ему измена. Ольга подносит царю мед. Смело и прямо глядит она в очи царя. Тот поражен ее сходством с Верой Шелогой, выспрашивает у Токмакова, кто же мать девушки. Жестокую правду узнает Грозный: боярин Шелога бросил Веру и погиб в битве с немцами, а сама она душевно заболела и умерла. Потрясенный царь сменяет гнев на милость: Псков хранит Господь! Густым лесом вечером отправилась Ольга с девушками в Печерский монастырь. Немного поотстав от них, на условленном месте она встречается с Тучей. Сначала девушка молит его вернуться с ней во Псков. Но нечего ему там делать, не хочет он покориться Грозному. Да и зачем Ольге возвращаться к Токмакову, когда она не дочь ему? Они хотят начать новую, вольную жизнь. Внезапно на Тучу нападают слуги Матуты. Юноша падает раненый; лишается чувств Ольга — ее на руках уносит стража Матуты.
Неподалеку, у реки Медедни, расположилась царская ставка. Ночью Грозный в одиночестве предается тяжким раздумьям. Рассказ Токмакова всколыхнул воспоминания о былом увлечении. Раздумья прерываются известием, что царская стража схватила Матуту, пытавшегося похитить Ольгу. Царь в бешенстве не слушает наветов боярина на вольного псковича, гонит Матуту прочь. Вводят Ольгу. Сначала недоверчив Грозный, затем откровенное признание девушки в своей любви к Туче и ее ласковая, проникновенная беседа покоряют царя. Но что за шум раздается в ставке? Туча, оправившись от раны, напал со своим отрядом на стражников, он хочет освободить Ольгу. В гневе Царь приказывает перестрелять вольницу, а дерзкого юношу привести к нему. Однако Туче удается избежать плена. Издалека до Ольги доносятся прощальные слова песни любимого. Она выбегает из шатра и падает, сраженная шальной пулей. В отчаянии Грозный склоняется над телом дочери.
«Псковитянка» — народная музыкальная драма. По драматургии и стилю она близка «Борису Годунову» Мусоргского. В обоих произведениях ожили события далекого прошлого. Но сказались и отличия, присущие индивидуальному творческому облику авторов: Мусоргский преимущественно выражал трагическое восприятие русской истории, а Римский-Корсаков — при всем драматизме конфликтов — светлое, более умиротворенное. Вместе с тем в «Псковитянке» он сумел рельефно передать разнообразие жизненных явлений.
В увертюре намечен основной конфликт оперы. Сумрачно, настороженно звучит главная тема Грозного. Ей противостоит порывистая волевая мелодия песни Тучи — образ псковской больницы. Затем появляется широкая, как народная песня, тема Ольги. Словно в схватке, темы Грозного и вольницы сцепляются в драматичном развитии, но побеждает величавая главная тема царя Руси.
Веселой игрой в горелки Ольгиных подруг открывается I акт оперы. Вслед за беседой старых мамок Власьевна поет выдержанную в духе народных сказителей «Сказку про царевну Ладу». Встреча Ольги с Тучей завершается проникновенно нежным дуэтом «Да останься, милый мой», в которой композитор использовал мелодию народной песни. В конце звучат набатные звоны, призывающие псковичей на вече. Из этих звонов, к которым присоединяются музыкальные темы царя, вырастает последующий симфонический антракт. 2-я картина, изображающая псковское вече, — одна из лучших в опере. Как волны прибоя звучат возгласы народного хора, образуя музыкально-смысловой стержень картины. Рассказ гонца «Поклон и слово Нова-города, ваш брат старшой открасовался» вызывает еще большую волну народного гнева. Обращение Токмакова, пытающегося умиротворить разыгравшиеся страсти, «Отцы и братья, мужи-псковичи» вносит успокоение. Но призыв Тучи снова вызывает народное волнение. Опять звучит тема стихийного порыва народа, которая увенчивается боевой песней Тучи «Осудари псковичи» (в ее основе мелодия народной песни). Хор, подхватывая ее, удаляется.
1-я картина II акта начинается печальной хоровой песней в духе народных плачей «Грозен царь идет во великий Псков». Чистый целомудренный облик Ольги впервые так полно раскрывается в ее скорбном ариозо «Ах, мама, мама, нет мне более красного веселья», которое предшествует беседе с Власьевной. Праздничный колокольный звон сопровождает въезд Грозного во Псков. Начальная сцена 2-й картины пронизана суровой музыкальной темой Грозного. Желчью и издевкой полна его речь. Перелом наступает ‹: выходом Ольги. Нежно и мягко ее обращение «Царь-государь, с тобою целоваться твоей рабе победной недостойно». Хор поет величальную песнь «Из-под холмика, под зеленого». В конце картины тема Грозного звучит мощно и торжественно.