O świcie Vincenette, siostra Vincente’a, zakrada się do izby Mireille, by powiedzieć przyjaciółce, że jej wybranek jest ciężko ranny (duet: Ah! parle encore). Dziewczyna postanawia pomodlić się w Saintes-Maries-de-la-Mer o zdrowie dla ukochanego i pomyślną odmianę losu.
Obraz II. Mireille ostatkiem sił wędruje przez pustkowie Crau. Wycieńczona zawrotami głowy i palącym słońcem próbuje za wszelką cenę dostać się do sanktuarium, żeby prosić o wstawiennictwo trzy święte Marie (En marche, ainsi que Maguelonne!). Szukając drogi, kieruje się dźwiękami fujarki pasterza.
Akt V W kaplicy Saintes-Maries-de-la-Mer pielgrzymi śpiewają hymn dziękczynny. Do sanktuarium wchodzi Vincent, który spodziewa się zastać tu Mireille (Mon coeur est plein). Półprzytomna dziewczyna rzeczywiście wkrótce się pojawia. Rozpoznaje ukochanego w krótkim przebłysku świadomości i umiera w jego ramionach. W chwili śmierci słyszy niebiańskie głosy, które obiecują jej zbawienie i szczęście na tamtym świecie. Zrozpaczony Ramon poniewczasie żałuje swojego postępowania..