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在北京城牆邊，一位州官宣布說皇帝的女兒杜蘭朵公主出了三道謎語，猜出謎底的貴族便可以娶她為妻，否則就要斬首示眾。今晚，猜謎失敗的波斯王子頭顱就將落地。群眾之中，又老又瞎的韃靼王帖木兒與女奴柳兒，兩人為逃避敵人的追殺來到此地。混亂中，帖木兒被推倒在地上，柳兒請求旁人幫忙扶起，一位年輕人趕來幫忙。這位年輕人居然就是帖木兒的兒子卡拉富，原來卡拉富也遭到敵人追趕來到此地。此時波斯王子準備接受死刑，原來鼓噪行刑的眾人看到波斯王子的模樣，而心生憐憫祈求公主開恩。公主現身後，原先咒罵公主的卡拉富卻立即因公主的美貌而神魂顛倒。即使在父親和柳兒苦苦哀求之下，仍執意要解謎向公主求婚。皇帝的大臣「平」、「彭」、「龐」也上前勸阻卡拉富，但是卡拉富依然不為所動。最後只能看著他上前擊鑼解題。

原來，杜蘭朵公主的先人中，也有一位像她這般年華的公主－「樓琳」在戰爭中被外族人擄走而慘死。她要殺盡這些想娶她為妻的外夷王子，替先人報仇。接著公主開始出題，卡拉富答出所有的答案，眾人驚喜不已。杜蘭朵卻驚恐的要皇帝不要將她嫁給這位年輕人。皇帝卻表示要信守諾言。此時卡拉富說，如果公主能在天明以前，說出他的名字，他即願就死。

於是，杜蘭朵下命在查出那陌生人(卡拉富)的名字前，誰也不能睡。卡拉富等待黎明到來，因為他知道公主將屬於他（卡拉富：無人能睡）。此時士兵捉來柳兒和帖木兒，他們看過卡拉富跟這兩人說話。柳兒自稱只有她知道陌生人的名字，即使在嚴刑逼供之下，仍不肯說出祕密。並告訴公主因為「愛」，讓她有堅定的意志。柳兒擔心自己忍不住刑求而說出祕密，抽出士兵的短刀自殺。最後卡拉富以吻融化了杜蘭朵冰冷的心。兩人來到皇帝面前，向眾人宣布陌生人的名字就是──「愛」。