Днем Аркадий и Базаров отдыхают на природе, разговаривают о жизни, о ненависти. Базаров говорит Аркадию: «Ты нежная душа, размазня, где тебе ненавидеть!» Аркадий спрашивает, насколько он высокого мнения о самом себе. Базаров отвечает: «Когда я встречу человека, который не спасовал бы передо мной... тогда я изменю мнение о самом себе». Базаров напоминает Аркадию, как он говорил, проходя мимо избы старосты Филиппа, что «Россия тогда достигнет совершенства, когда у последнего мужика будет такое же помещение, и всякий из нас должен этому способствовать... А я и возненавидел этого последнего мужика, Филиппа или Сидора, для которого я должен из кожи лезть и который мне даже спасибо не скажет... да и на что мне его спасибо? Ну, будет он жить в белой избе, а из меня лопух расти будет». Базаров добавляет, что все люди действуют в силу ощущения. «Мне приятно отрицать, мой мозг так устроен —и баста! Отчего мне нравится химия? Отчего ты любишь яблоки? —тоже в силу ощущения. Глубже этого люди никогда не проникнут». Аркадий, который любит природу, неожиданно говорит, что кленовый лист, когда падает на землю, похож на бабочку, и это странно —потому что самое сухое и мертвое сходно с самым веселым и живым. Базаров говорит: «Друг мой, Аркадий, не говори красиво», просит Аркадия не идти по стопам дяди Павла Петровича, которого называет идиотом. Аркадий возмущается, они едва не ссорятся. Появляется Василий Иванович, который, словно извиняясь, сообщает, что у них будет обедать священник. Впрочем, обед проходит достаточно спокойно, отец Алексей держится непринужденно, пожимает молодым людям руку, благословляет их. Базаров отчаянно скучает и собирается от родителей уехать, чем огорчает их невероятно. По пути от родителей Базарова приятели вновь заезжают к Одинцовой. Однако здесь их ожидает холодный прием, и, пробыв у Одинцовой всего несколько часов, они уезжают, хотя та уверяет, что снова ждет их в гости. Друзья вновь отправляются в Марьино (имение Кирсановых), где все им чрезвычайно рады, несмотря на то, что хозяйственные дела у Николая Петровича не ладятся. Аркадий считает, что должен если не помогать отцу, то по крайней мере делать вид, что готов ему помочь. Базаров снова углубляется в свои опыты над лягушками. Однажды Аркадий от отца узнает, что у него есть письма, которые покойная мать Анны Сергеевны Одинцовой писала к матери Аркадия. Он вынуждает отца отдать ему эти письма, и так находится повод для новой поездки в имение Одинцовых. Аркадий отправляется туда один и еще в саду видит Катю. Таким образом, его приезд проходит очень естественно, о нем даже не докладывает дворецкий, они вместе с Катей приходят к Анне Сергеевне. По всему видно, что она ему рада.
В это время в усадьбе Кирсановых Николай Петрович довольно часто заходит к Базарову, потому что ему нравятся его опыты, он спрашивает совета у молодого естествоиспытателя. Базаров же отводит душу тем, что беседует с Фенечкой. Однажды он застает молодую женщину в беседке и вызывает на откровенный разговор, спрашивает, готова ли она заплатить за то, что он вылечил ее сына, говорит, что ему нужны не деньги, а одна из роз, которые Фенечка собирает для утреннего букета. Когда Фенечка дает ему розу, он целует ее в губы, и в этот момент у него за спиной возникает Павел Петрович. Часа два спустя Павел Петрович стучится в дверь к Базарову, спрашивает его мнение о дуэли и вызывает его, не объясняя причины. В качестве секунданта Базаров предлагает позвать Петра, камердинера Николая Петровича. Размышляя о настоящей причине дуэли, Базаров приходит к выводу, что Павел Петрович сам влюблен в Фенечку. На другое утро дуэль начинается. Противники долго отмеряют шаги, стреляет Павел Петрович, потом Базаров и ранит своего соперника в ляжку. Николаю Петровичу решают сказать, что дуэлянты поспорили из-за политики. У Павла Петровича поднимается температура, и, когда брат входит в его комнату, он неожиданно спрашивает: «А не правда ли, Николай, в Фенечке есть что-то общее с Нелли? (княгиней Р.)»
Некоторое время Базаров как врач ухаживает за Павлом Петровичем. Когда из города приезжает доктор, Базаров вынужден уехать. Павел Петрович с достоинством с ним прощается и даже пожимает руку. Павел Петрович просит зайти к себе Фенечку посидеть с ним. Спрашивает, любит ли она брата, и неожиданно страстно умоляет ее всегда любить Николая Петровича, не изменять ему, поскольку, по мнению Павла Петровича, ужасней всего на свете любить и не быть любимым. В этот момент в комнату входит Николай Петрович, Фенечка убегает. Павел Петрович просит брата дать ему торжественное обещание исполнить одну его просьбу, а когда тот обещает, говорит, чтобы он женился на Фенечке. Сам же Павел Петрович после свадьбы брата хочет уехать за границу и жить там до смерти. Аркадий же в это время приятно проводит свой досуг с Катей. Та отмечает, что влияние Базарова на Аркадия ослабевает с каждым днем, и это положительная перемена. Катя говорит, что Базаров чужой всем —и Аркадию, и ей, потому что «он хищный, а мы ручные». Катя нравится Аркадию все больше и больше, он спрашивает, пошла бы она по примеру сестры замуж за богатого, Катя отвечает, что никогда бы этого не сделала, так как боится неравенства. Сам Аркадий понимает, что Катя стала ему очень дорога и что он ни на кого ее не променяет, о чем он и говорит ей. В имение к Одинцовой приезжает Базаров. Он думает, что Аркадий ухаживает за Анной Сергеевной, и в разговоре с ней неожиданно говорит об этом. Сам же Аркадий обдумывает очень важный шаг в жизни, потом, позвав Катю в сад, делает ей предложение, уверяет, что ради нее готов на все жертвы. Вернувшись с прогулки в дом, Одинцова находит у себя письмо, в котором Аркадий Николаевич просит руки ее сестры. Базаров узнает, что Аркадий сделал Кате предложение, хвалит его, поскольку всегда был высокого о ней мнения: «Иная барышня только из-за того и слывет умной, что умно вздыхает; а твоя за себя постоит, да так постоит, что и тебя в руки заберет». Базаров решает уехать от Одинцовой и возвращается к родителям. Они очень рады его внезапному возвращению, потому что на это даже не надеялись. Василий Иванович заставляет ж?ну не изъявлять лишний раз свою нежность, и они ходят вокруг сына буквально на цыпочках. Базаров тем не менее отчаянно скучает и находит утешение только в том, что помогает отцу в его врачебной практике: лечит обратившихся к нему за помощью крестьян. Однажды он просит у отца «адский камень» прижечь ранку: во время вскрытия трупа он поранил палец. Базаров понимает, что, если в кровь попал трупный яд, ничто уже не поможет. Базарову становится хуже, у него поднимается температура, он просит послать нарочного к Анне Сергеевне —передать, что он умирает. Анна Сергеевна приезжает вместе с доктором-немцем, который лишний раз подтверждает, что надежд на выздоровление нет. Базаров с горькой иронией вспоминает о своих претензиях быть гигантом, благодарит Одинцову, говорит, что любил ее, просит поцеловать его на прощание. Анна Сергеевна целует его в лоб, подает ему воды, «боязливо не снимая перчаток и боязливо дыша». Базаров умирает. Через шесть месяцев в Марьине состоялись две свадьбы —Аркадия с Катей и Николая Петровича с Фенечкой. Павел Петрович собрался уезжать в Москву, а затем за границу. Анна Сергеевна уехала тотчас после свадьбы, щедро одарив молодых. Впоследствии она выходит замуж, «не по любви, но по убеждению» за одного из будущих русских деятелей, законника, очень умного человека с твердой практической волей и замечательным даром слова. Николай Петрович делается мировым посредником и изо всех сил трудится. Аркадий становится рачительным помещиком, и поместье начинает приносить доход. У них с Катей рождается сын. Павел Петрович живет в Дрездене, где общается в основном с англичанами или приезжающими туда русскими. С последними он развязнее, трунит над самим собой и над ними. «Он ничего русского не читает, но на письменном столе у него находится серебряная пепельница в виде мужицкого лаптя». Его считают совершенным джентльменом. За границу уехала и Кукшина —в Гейдельберг, где она изучает уже не естественные науки, а архитектуру, в которой, по ее словам, она открыла новые законы. Она по-прежнему «якшается» со студентами, «особенно с молодыми русскими физиками и химиками, которыми наполнен Гейдельберг и которые, удивляя на первых порах наивных немецких профессоров своим трезвым взглядом на вещи, впоследствии удивляют тех же самых профессоров своим совершенным бездействием и абсолютною ленью». Ситников «с двумя-тремя химиками, не умеющими отличить кислорода от азота, но исполненными отрицания и самоуважения, толчется в Петербурге, готовится стать великим и уверяет, что продолжает дело Базарова. Кто-то его недавно побил, но он в долгу не остался: в одной темной статейке, тиснутой в одном темном журнальце, он намекнул, что побивший его —трус. Он называет это иронией». В одном из отдаленных уголков России есть небольшое сельское кладбище. На нем находится могила Базарова, на которую часто приходят его старики родители. Они подолгу молятся, плачут. «Неужели их молитвы, их слезы бесплодны? Неужели любовь, святая, преданная любовь не всесильна? О, нет! Какое бы страстное, грешное, бунтующее сердце не скрылось в могиле, цветы, растущие на ней, безмятежно глядят на нас своими невинными глазами: не об одном вечном спокойствии говорят нам они, о том великом спокойствии «равнодушной» природы; они говорят также о вечном примирении и о жизни бесконечной».