Однажды играли в карты у гвардейца Нарумова. После игры Томский рассказал удивительную историю своей бабушки, которая знает тайну трёх карт, якобы открытую ей знаменитым Сен-Жерменом, непременно выигрывающих, если поставить на них подряд. Обсудив этот рассказ, игравшие разъехались по домам. Эта история показалась неправдоподобной всем, включая и Германна, молодого офицера, который никогда не играл, но, не отрываясь, до самого утра следил за игрой.
Бабушка Томского, старая графиня, сидит в своей уборной, окружённая служанками. Здесь же за пяльцами и её воспитанница. Входит Томский, он заводит светскую беседу с графиней, но быстро удаляется. Лизавета Ивановна, воспитанница графини, оставшись одна, смотрит в окно и видит молодого офицера, появление которого вызывает у неё румянец. От этого занятия её отвлекает графиня, отдающая самые противоречивые приказания и при этом требующая их немедленного исполнения. Жизнь Лизаньки в доме своенравной и эгоистичной старухи несносна. Она виновата буквально во всем, что раздражает графиню. Бесконечные придирки и капризы раздражали самолюбивую девушку, которая с нетерпением ожидала своего избавителя. Вот почему появление молодого офицера, которого она видела уже несколько дней подряд стоящим на улице и смотревшим на её окошко, заставило её раскраснеться. Этим молодым человеком был не кто иной, как Германн. Он был человеком с сильными страстями и огненным воображением, которого только твёрдость характера спасала от заблуждений молодости. Анекдот Томского распалил его воображение, и он захотел узнать тайну трёх карт. Это желание стало навязчивой идеей, невольно приведшей его к дому старой графини, в одном из окон которого он заметил Лизавету Ивановну. Эта минута и стала роковой.
Германн начинает оказывать знаки внимания Лизе, чтобы проникнуть в дом графини. Он тайком передаёт ей письмо с объяснением в любви. Лиза отвечает. Германн в новом письме требует свидания. Он пишет к Лизавете Ивановне каждый день и наконец добивается своего: Лиза назначает ему свидание в доме на то время, когда её хозяйка будет на балу, и объясняет, как незамеченным проникнуть в дом. Едва дождавшись назначенного времени, Германн проникает в дом и пробирается в кабинет графини. Дождавшись возвращения графини, Германн проходит к ней в спальню. Он начинает умолять графиню открыть ему секрет трёх карт; видя сопротивление старухи, он начинает требовать, переходит к угрозам и наконец достаёт пистолет. Увидев пистолет, старуха падает в страхе с кресел и умирает.
Воротившаяся вместе с графиней с бала Лизавета Ивановна боится встретить в своей комнате Германна и даже испытывает некоторое облегчение, когда в ней никого не оказывается. Она предаётся размышлениям, как внезапно входит Германн и сообщает о смерти старухи. Лиза узнает, что не её любовь — цель Германна и что она стала невольной виновницей гибели графини. Раскаяние терзает её. На рассвете Германн покидает дом графини.
Через три дня Германн присутствует на отпевании графини. При прощании с покойной ему показалось, что старуха насмешливо взглянула на него. В расстроенных чувствах проводит он день, пьёт много вина и дома крепко засыпает. Проснувшись поздней ночью, он слышит, как кто-то входит к нему, и узнает старую графиню. Она открывает ему тайну трёх карт, тройки, семёрки и туза, и требует, чтобы он женился на Лизавете Ивановне, после чего исчезает.
Тройка, семёрка и туз преследовали воображение Германна. Не в силах противиться искушению, он отправляется в компанию известного игрока Чекалинского и ставит огромную сумму на тройку. Его карта выигрывает. На другой день он поставил на семёрку, и вновь выигрыш его. В следующий вечер Германн вновь стоит у стола. Он поставил карту, но вместо ожидаемого туза в руке его оказалась пиковая дама. Ему кажется, что дама прищурилась и усмехнулась... Изображение на карте поражает его своим сходством со старой графиней.
Германн сошёл с ума. Лизавета Ивановна вышла замуж.