Княгиня тоскует в своем тереме. Давно прошли дни, когда Князь любил ее. Теперь все чаще она остается одна. Лишь верная Ольга скрашивает ее одиночество. И сейчас она пытается развлечь Княгиню веселой песней. Княжеский Ловчий приходит с сообщением, что Князь, отослав домой свою свиту, остался на берегу Днепра.
Давно развалилась мельница на берегу Днепра — 12 лет прошло с тех пор, как приезжал Князь к своей Наташе. Но и теперь его влечет сюда неведомая сила. Появление Князя спугивает русалок, приплывших поиграть при луне. Князь с грустью вспоминает прежнее счастье. Внезапно перед ним появляется косматый старик в лохмотьях. Это безумный Мельник, который воображает себя вороном, сторожем этих мест. Он набрасывается на Князя; его вырывают из рук старика вернувшиеся по приказу Княгини охотники.
Подводный терем русалок на дне Днепра. Наташа стала их царицей. Она посылает русалок наверх, играть под луною, но никого не трогать сегодня. А дочери своей, маленькой Русалочке, велит встретить на берегу отца и рассказать ему, что Наташа по-прежнему любит его и ждет к себе. Она мечтает о любви и мести разлучнице.
Князь снова у развалившейся мельницы. Навстречу ему выходит Русалочка и зовет за собой, к любящей его матери. Прибежавшая вместе с Ольгой Княгиня пытается остановить мужа, но Мельник сталкивает его в воду.
Снова дно Днепра. Русалки влекут тело Князя к ногам своей повелительницы.
Даргомыжский определил жанр «Русалки» как «большая опера». Это первая русская психологическая бытовая музыкальная драма. В развитии действия ведущую роль играют широко развернутые ансамбли, включающие в себя выразительные, правдиво передающие оттенки речи мелодические речитативы. Часто именно они определяют кульминационные моменты. Музыкальный язык оперы основан на национально-фольклорных мотивах, часто подлинных, и романсовой бытовой лирике XIX в. Своеобразно использован хор, который почти не принимает действенного участия в событиях, а используется как бытовой элемент русской жизни. Увертюра вводит в мир основных образов. В ней звучат многочисленные мотивы, которые в дальнейшем будут характеризовать грусть Князя, растерянность Наташи, свадебный пир, заклинания Русалки.
В I акте ария Мельника «Ох то-то все вы, девки молодые» рисует облик грубоватого, хваткого мужика, крепкого хозяина, не брезгающего никаким барышом. В следующем затем терцете его партия противопоставлена любовным речам Наташи и Князя. Хор крестьян «Ах ты, сердце мое» выдержан в духе протяжной народной песни. Его сменяет веселая хороводная «Заплетися, плетень». Вслед за ней крестьяне запевают плясовую «Как на горе мы пиво варили», подлинный народный напев которой («Среди двора из-под древа») был записан Даргомыжским от деревенских исполнителей. Драматический центр акта — дуэтная сцена Князя и Наташи «Нет, не развеет дум тяжелых», которая развивается от тайной грусти к трагической кульминации. Дуэт Наташи и Мельника «Ба, ба, ба, ба, что вижу» также насыщен сменой настроений — от бурной радости Мельника к глубокому отчаянию. Он органично переходит в финал с хором, где соло Наташи «Днепра царица» — несколько измененная быстрым темпом народная песня «Куда бежать, тоску девать».
II акт открывается свадебным хором «Как во горнице светлице» (мелодия заимствована композитором из сборника народных песен Львова-Прача). Ария-дуэт Княгини и Князя «Подруги детства», обильно украшенная фиоритурами, воспринимается как традиционное причитание невесты; за ним следует беззаботное дуэттино жениха и невесты. Заздравный хор «Да здравствует наш князь младой» сменяется славянским и цыганскими танцами. Озорной хор девушек «Сватушка, сватушка» и веселая суета раздачи им денег внезапно прерываются грустной протяжной песней «По камушкам, по желту песочку» (голос Наташи). Ансамблем с хором, выражающим страх и смятение, заканчивается акт.
1-я картина III акта начинается арией Княгини «Чу! Кажется, трубят!»‚ выдержанной в духе бытового романса. Контрастом ей служит веселая песня Ольги «Как у нас на улице». Во 2-й картине после беззаботного хора русалок «Свободной толпою с глубокого дна» звучит каватина Князя «Невольно к этим грустным берегам» — лирическая вершина оперы. В его дуэте с Мельником сменяются разные настроения: веселье несчастного безумца, глубокая грусть в моменты просветления, печаль Князя, угрызения совести, растерянность. В конце сцены к ним присоединяется хор охотников «Братцы, это голос князя».