窦娥朗声说道：“我要求站在一领净席上，再要丈二白练，挂在旗杆上，若是我窦娥委实冤枉，那么刀过头落时，我的热血不会有半点沾在地上，都会飞在白练之上。”
监斩官冷笑道：“哪里会有这种事？好，依了你。”他答应了窦娥的这一要求，拿来白练和席子。
刽子手又对窦娥说：“你还有什么话，赶快说？”
窦娥心想：不是我窦娥凭空罚下这无头愿，实在是冤情不浅。我不能让半星热血沾地，都让它飞到八尺旗杆的白练上，那时四下里全能看见，这就是苌弘化碧，望帝啼鹃。
窦娥长舒一口气，又对监斩官说道：“大人，如今是三伏天，要是窦娥委实冤枉，身死之后，天降三尺瑞雪，遮掩了窦娥的尸首。”
监斩官认为窦娥说的是昏话，哈哈大笑着说：“三伏暑天，你便是有冲天的怨气，也招不来雪呀，可不能胡说。”
窦娥又道：“我倘若真属冤枉，从今以后，这楚州要大旱三年！”
监斩官闻声大怒：“打嘴，怎能这等胡说！”
窦娥抗辩道：“你以为天公可欺，民心不可畏吗？岂不知苍天有眼从人愿。你怎么知道暑天不会下大雪，没听说六月飞雪为邹衍？如果真有一腔怨气喷如火，也要感动六月天冰花滚成绵，来把我的尸骸掩盖！为什么三年不降甘霖，也只为东海的孝妇冤。如今轮到你楚州的山阳县，这也只因为官吏枉法，使百姓有口难分辩……”
“时辰已到，挂起白练，斩！”
刽子手应声手起刀落，窦娥含冤而死。
刀起头落，窦娥的一腔热血直飞溅到那高挂的丈二白练上，没有半星点落地。霎时，又见天空中浮云飞动，北风旋地而起，飒飒寒风刮得天昏地暗，人都站立不住。片片雪花也凄楚地随风飘落在地上，顿积三尺，将窦娥的尸身遮得严严实实的。
监斩官大惊失色，刽子手也吓得扔掉斩刀：“呀，真个下雪了，有这等怪事！平日杀人，都是满地鲜血，而窦娥却与众不同，两桩事都应验了，不知大旱三年的话准不准？莫不是真有冤枉？”
惊吓中，监斩官和刽子手慌忙离开了刑场。观刑的众人心知窦娥冤死，无不掩面而泣，一片悲声。
窦秀才自那年春天和女儿端云分别，转眼已十六年光景。当初他应试一举中选，被任命为参知政事。待一切安置妥当，就派人去楚州城内接女儿端云。可是，再三察访邻里街坊，都说蔡婆婆早已搬走，不知住在何处，差官只得回京复命。窦天章听说找不到女儿，万分伤感，终日凄叹。
此时的窦天章已是须发斑白了。他因廉能清正，受皇上赏识，又以京官加授提刑肃政廉访使之职，巡视两淮，随处审囚刷卷，考察有无滥官污吏，并可先斩后奏。受命之后，窦天章就来到了楚州。
进了楚州，只见一片赤地，百业萧条，一问才知楚州三年干旱无雨，庄稼不收，百姓日子凄苦。
当晚，窦天章在州衙后厅歇息，他对随侍张千道：“对那些州中大小属官说一声，今日免参，明日早见。只是要一些该看的文卷送来几宗，我灯下看看。你一路辛苦，快去歇息吧。”
窦天章翻出头一宗文卷，就是“民妇窦娥毒死公公”一案，心想：这犯人窦娥，与老夫同姓，同姓之中也有不怕王法、药死公公的，实属十恶不赦。又一看，这案子是了结了的，便不再看，压在其他卷宗下面，准备看别的文卷。但他毕竟上了年岁，加上一路颠簸，便有些困倦，打了一个呵欠，就伏在案桌上睡着了。
睡梦中，他见到女儿端云哭哭啼啼地跪在他的面前。窦天章醒来，好生奇怪，他定了定神，又继续看文卷。
他刚伸手拿卷宗，突然灯光忽明忽暗，翻开卷案，又是才看过的那份窦娥药死公公的文卷，他纳闷为何明明压在底下怎么会到了上面来？他把文卷重新压在底下，顷刻那份文卷又在忽闪的灯光中来到最上面。窦天章非常疑惑，莫非有鬼？
正在纳闷，忽听一声似远似近的声音：“爹爹，受孩儿窦娥一拜！”窦娥的鬼魂来见父亲。
“啊，你是谁，何以如此称呼？”窦天章大惑不解。
“父亲，你把我给了蔡婆婆家，改名叫窦娥了。”
窦天章大吃一惊，忙问：“你便是端云？我不问你别的，这药死公公的，是不是你？”
窦娥哭道：“爹爹，我好冤枉，你听女儿慢慢地说给你听……”窦娥鬼魂便从爹爹离家开始，以及赛卢医谋害婆婆，张驴儿调戏、逼婚、放毒杀人，到自己为保婆婆而屈招被杀，刑场上的三条誓愿，全说了一遍。
窦天章为女儿遭到的天大冤屈掉下了眼泪，他说：“我屈死的儿呀，我问你，这楚州三年不雨，可真是为你吗？”
“是为孩儿。”窦娥又求道，“爹爹，女儿含冤三年，不见天日，爹爹纵是不怜念女儿，也得可怜那楚州的百姓啊！你现今受皇上委派，掌握着司法，你仔细地察看这文卷，那些败坏纲常的家伙也该败露，不把那些家伙千刀万剐，不能解我心头的怨恨啊！”
窦天章听罢这番哭诉，心头受到极大震动，他对女儿说：“有这等事！到来朝我给你做主。你且回去，你的冤枉我全知道了。”
这时东方已微明，窦天章毫无倦意。随从张千进来禀告有州官要见。未等州官站稳，窦天章就责问大旱之因和窦娥一案。州官竟推卸责任：“天不下雨，人无法知道，这不是州官的罪责。窦娥案是桃杌所判，他已升官，现有文卷在。”
窦天章大怒：“这等糊涂官，也能升上去！”他转身吩咐州府官员火速将窦娥一案牵连的人拘到，听候审理。很快，张驴儿、蔡婆婆被带来候审，只有赛卢医三年前在逃，还在缉拿中。
三天之后，窦天章升堂。他想：州官桃杌糊糊涂涂地判定了窦娥的死刑，其中必有漏洞。他直接了当地问原告：“张驴儿，这药死你父亲的毒药，是谁下的，又从哪里搞来？”
张驴儿一口咬定：“是窦娥自己搞的。”
窦天章又问：“这毒药必来自一个卖药的药铺，窦娥是一个年轻的寡妇，哪里讨来这种药，怕是你下的毒药吧？”
见窦天章一再追问，张驴儿有些紧张：万一寻找到这卖药的人来和我对质，我死也无词。想到这里，张驴儿腿有些发抖。
窦天章又向蔡婆婆了解事情的经过。蔡婆婆就从张驴儿爷儿俩怎么救她一命，又如何想霸占媳妇为妻说起，一直说到窦娥的屈死。蔡婆婆最后向窦天章哭诉道：“我孩子委实是屈招啊，从古衙门向南开，就中无个不冤哉。可怜我孩子屈死黄泉……”
蔡婆婆正说着，有人喊案犯赛卢医解到。窦天章便向赛卢医查问了事情的始末，又问他配毒药的人叫什么名字。赛卢医说，认是认得，但当时慌忙未曾问过名字。窦天章指着张驴儿：“赛卢医，你认识他么？”赛卢医看了张驴儿一眼，连连说：“是这一个，我认得出来，就是他来我药铺配的毒药。我不想卖给他，因为小的是念佛吃斋人，不敢做这等丧良心的事，但他瞪着眼说：‘你想害死蔡婆婆，我拖你去见官。’无法，我只好把毒药给了他一点。我怕事情会败露，就逃到涿州卖些老鼠药。老爷，我半点谎话没有。”
“张驴儿，你现在承认了吗？你害死两条人命，十恶不赦，还要抵赖，来，大刑伺候！”
“我……我认罪……”张驴儿知道无法抵赖，只得招认是自己下的毒药。窦天章吩咐中军：“让他画供！”张驴儿画了供，被押进了死囚牢里。
退了堂，窦天章召蔡婆婆相认：“你可认得我吗？”
蔡婆婆说：“我老眼昏花，不认得大人了。”
“我就是窦天章，当年的那个窦秀才呀。那屈死的窦娥就是我女儿端云。她的鬼魂托梦给我，说婆婆年事已高，无人侍养，让我收养家中，替她尽养生送死之礼，这样，她在九泉之下就可瞑目了。”
蔡婆婆感动得老泪纵横，不住地谢恩：“多亏大人明察秋毫，才捉住了张驴儿这真凶，为我那屈死的孩儿平了冤，报了仇。”
窦天章听了蔡婆婆的话，心中默默地对窦娥鬼魂说道：“端云儿，你这冤枉我已尽知，我也找到了你的婆婆，你放心回去吧。待我把这一起人犯并同原问官吏，另行定罪。改日做个水陆道场，为你超度。”
这一天，窦天章升堂宣判。他严肃地说道：“案情现已全部查清，张驴儿毒杀亲爹，妄图奸占寡妇，心狠手毒，罪大恶极，押赴刑场，钉上木驴，剐一百二十刀，凌迟处死。升任知州的桃杌，贪赃枉法，冤杀良妇，罚以鞭杖一百记，立即革职，永不叙用。赛卢医赖钱，谋害平民，又配制毒药，致使发生人命大案，发放到边远的烟瘴地方，永远充军。蔡婆婆我收养，窦娥被无辜错杀，应予昭雪。”
至此，被冤杀了三年的窦娥冤案才得到昭雪，谋害窦娥的凶手得到了应有的严惩。楚州的百姓们得知以后，无不拍手称快。
自古道“天灾代有”，想不到窦娥的冤案能感应通天。不多时，天空布满阴云，楚州大地灵雨如泉，久违甘霖的百姓一齐欢呼雀跃。