这时恰好葵婆婆作呕难受，让张驴儿的父亲吃。那老头儿吃了一口，便一命呜呼。张驴儿当即诬赖窦娥害死其父，并以窦娥答应嫁给他作为不告官的条件。窦娥认为自己清白，宁愿见官，也不嫁给张驴儿。
没有想到的是，楚州太守桃杌竟是个昏官。他只听张驴儿巧辩之词，认定窦娥有谋害之罪，对窦娥实行严刑逼供。窦娥仍旧否认。太守见窦娥不招，又下令拷打蔡婆婆。窦娥因为不忍婆婆受皮肉之苦，只好屈招，因而被定为死罪，第二天斩首。
在押赴刑场的路上，窦娥痛感满腹冤屈，她指天骂地，痛斥天地的昏暗和社会的罪恶，并再三叮嘱婆婆多保重。临刑时她对天发下三桩誓愿：一要刀过头落后一腔热血都向上飞溅在白练上；二要六月飞雪遮盖她的尸首；三要楚州从此大旱三年。窦娥的冤屈感动了天地，刑后，这三桩誓愿一一应验，证明了窦娥的冤屈。