Профессор Серебряков просит всех родственников собраться в гостиной для какого-то важного разговора. Елена Андреевна, Соня и дядя Ваня приходят туда. Пока Серебрякова нет, Елена жалуется, что скучает в деревне. Дядя Ваня советует ей со своей русалочьей кровью влюбиться в какого-нибудь водяного и бултыхнуться по самые уши в омут с головой.
Иван Петрович уходит, а Соня жалуется Елене Андреевне, что доктор Астров не обращает на неё внимания. Соня страдает от своей некрасивости. Елена предлагает: она поговорит с Астровым и узнает его мысли насчёт Сони. Доктор как раз собирался показать Елене чертежи лесов, и она отправляет Соню позвать его под этим предлогом.
Разговаривая сама с собой, Елена сочувствует ушедшей Соне. Да, та некрасива, но со своим умом, со своей чистой, доброй душой была бы Астрову прекрасной подругой. Однако опытная в любовных делах Елена по многим признакам понимает: доктор увлечён не Соней, а ею самой. Вероятно, поэтому он и стал так часто бывать в поместье после её с профессором приезда. И в своём сердце Елена неожиданно обнаруживает тягу к энергичному, вдохновенному Астрову. Ей вспоминаются сказанные дядей Ваней слова про «русалочью кровь» и водяного…
Приходит Астров с чертежами. Он показывает Елене Андреевне, что полвека назад половина уезда была занята лесами, полными дичи. Но 25 лет назад под лесом осталась только треть земли, а потом порубки ещё ускорились. Если так пойдёт и дальше, то через 10-15 лет леса с дичью исчезнут вообще. И можно было бы ещё мириться, если бы на их месте возникали железные дороги, школы и фабрики. Но ничего подобного нет. Налицо лишь картина постепенного вырождения и саморазрушения.
Дослушав Астрова, Елена заговаривает с ним о Соне, но тот в смущении отвечает, что не имеет чувств к ней. Поколебавшись, доктор признаётся Елене: он влюблён не в Соню, а в неё. Предположения Елены подтверждаются. Астров теряет самообладание и пытается поцеловать её. Она не знает, что делать. В разгар объяснения входит дядя Ваня с букетом роз для Елены – и застаёт ту в объятьях доктора. Елена вырывается из рук Астрова и говорит, что сегодня же с мужем уедет отсюда.
Почти сразу после этого входят профессор, Соня, помещик Телегин и няня Марина. Серебряков напыщенным, псевдо-ученым тоном начинает объяснять, зачем он просил всех собраться в гостиной. Он говорит, что они с женой не созданы жить в деревне, но средств на городское существование у них в последнее время не хватает. Профессор предлагает поэтому продать поместье. Вырученные деньги они с женой поместят в банк и будут жить на проценты. Возможно, купят ещё небольшую дачу в Финляндии.
Дядя Ваня потрясён до глубины души, он не верит своим ушам. Имение было куплено его отцом в приданое дочери – сестре дяди Вани и первой жене Серебрякова, матери Сони. Четверть века дядя Ваня управлял этим имением, работая, как вол. Он выплатил лежавший на поместье долг в 25 тысяч, а потом отсылал Серебрякову почти все остальные доходы – трудился как самый добросовестный управляющий, оставляя себе на жизнь лишь ничтожный остаток. Теперь профессор вознамерился продать имение. Дядя Ваня спрашивает, куда же идти ему со старухой матерью? Серебряков отвечает, что это «будет обсуждено в своё время».
Иван Петрович начинает кричать. Соня в отчаянии плачет и говорит отцу, что ему следовало бы быть милосердным. Она и дядя Ваня работали без отдыха, боясь потратить на себя копейку – слали всё ему и даже помогали в переводах книг. Разъярённый Иван Петрович, крича, что все бездарные статьи Серебрякова не стоят и медного гроша, убегает в другую комнату, берёт там револьвер и дважды стреляет в профессора, но промахивается.
См. далее Чехов «Дядя Ваня», действие 4 – краткое содержание
