Появляется графиня. Это Розалинда, которая тоже получила приглашение на бал от Фалька вместе с венгерским костюмом. Розалинда возмущена, когда ей представляют Айзенштайна, Франка и Адель под вымышленными именами, но не показывает этого. Айзенштайн признается прекрасной незнакомке в любви. Розалинда отказывается снять маску, заявив, что он узнает ее по своим часам, которые она забирает у Айзенштайна на память. Чтобы доказать, что она действительно венгерка, Розалинда поет и танцует венгерский чардаш. Айзенштайн в восторге от нового любовного приключения. Он решает развеселить гостей анекдотом из жизни нотариуса Фалька: в прошлом году после маскарада в опере Фальк так напился, что не мог идти, и тогда Айзенштайн уложил его спать на центральной площади на скамейке. Самое смешное, что Фальк был в костюме летучей мыши, и когда, проснувшись утром, он шел домой, все жители смеялись над ним. Рассказ Айзенштайна слушают князь Орловский и Фальк. Теперь вам понятна цель моих действий, говорит Фальк, – это месть за унижение летучей мыши. Тем временем бал подходит к концу. Гости поют общую песню.
Действие 3. В тюрьме. Покой тюремного сторожа Фроша нарушает Альфред, который в своей камере поет арии из различных опер. Наступает утро. Возвращается Франк, который спрашивает Фроша о том, как прошла ночь в тюрьме. Внезапно появляются Ида и Адель. Они продолжают разыгрывать Франка, делая вид, что принимают его за француза. Адель, выдающая себя за русскую актрису, демонстрирует свое искусство. Затем, услышав, что кто-то идет, Франк прячет Адель и Иду в одной из камер. Приезжает Айзенштайн, которого Франк считает маркизом Ренаром. Айзенштайн тоже продолжает считать Франка шевалье Шагри.
В тюрьму прибывает адвокат Блинд. Он добился пересмотра решения суда, и Айзенштайна должны освободить. Фрош выпускает из камеры Альфреда. Появляется Розалинда. Между нею и Айзенштайном происходит бурное объяснение. Айзенштайн требует объяснить, каким образом Альфред оказался в тюрьме под его именем. В ответ Розалинда показывает мужу его собственные часы, которые он подарил таинственной венгерке. Айзенштайн уличен в неверности. Франк выпускает из камеры Иду и Адель. Появляются князь Орловский и Фальк. Орловский обещает способствовать поступлению Адели на сцену и благодарит Фалька.