dopo due o tre giorni di ozii campestri per riposarmi di tutte le strapazzate sofferte, mi accorgo che la volontà di lavorare invece d'essersene andata, ritorna più gagliarda di prima... penso alla Tosca! La scongiuro di far le pratiche necessarie per ottenere il permesso di Sardou, prima di abbandonare l'idea, cosa che mi dorrebbe moltissimo, poiché in questa Tosca vedo l'opera che ci vuole per me, non di proporzioni eccessive né come spettacolo decorativo né tale da dar luogo alla solita sovrabbondanza musicale.»
Non è da escludere che Sardou fosse restio a concedere l'autorizzazione poiché in quegli anni Puccini era sconosciuto in Francia. Il progetto fu ripreso solo sei anni dopo, nell'estate del 1895. Improvvisamente Puccini viene a sapere che Sardou ha sì dato il permesso ma che Ricordi ha ceduto il libretto, scritto da Illica, ad Alberto Franchetti, il quale abbandona l'idea di musicarlo (anche su pressioni di Illica e Ricordi) già a metà del '95. Nell'ottobre del 1896 Puccini si può mettere all'opera, spinto soprattutto dalla crescente popolarità, negli anni '90, dell'opera verista, che in Italia aveva come entusiasti fautori Mascagni, Leoncavallo e Giordano. Puccini non voleva rimanere arretrato rispetto ai suoi colleghi rivali.
Tosca poteva diventare un'opera verista e il dramma di Sardou, dall'epoca della prima rappresentazione a Parigi nel 1887, continuava ad avere un successo enorme - dovuto in gran parte, alla sensazionale interpretazione di Sarah Bernhardt. Illica e Giacosa furono di nuovo i suoi collaboratori. Il loro lavoro per certi aspetti fu più facile di quello per «Bohème», poiché Illica aveva già steso un libretto per Franchetti, ma era necessario adattarlo al gusto di Puccini. Riuscendogli impossibile accontentare il musicista, lasciò fare tutto a Giacosa. Quest'ultimo, d'altra parte, non amava né il testo originale di Sardou, né condivideva il taglio librettistico Puccini. Scrisse a Ricordi il 23 agosto 1896 che a una prima lettura la trama di Tosca sembrava adatta a un libretto, «vista la rapidità e l'evidenza dell'azione drammatica. [...] Ma quanto più uno s'interna nell'azione e penetra in ogni scena e cerca di estrarne movimenti lirici e poetici, tanto più si persuade della sua assoluta inadattabilità al teatro di musica.
Ho piacere di averlo scritto, perché sono sicuro che avrò in seguito occasione di ricordarvi questa mia lettera. Nel primo atto sono tutti duetti. Tutti duetti (tranne la breve scena della tortura, in parte della quale due soli personaggi stanno davanti al pubblico) nel secondo atto. Il terzo atto è un solo interminabile duetto. [...] In musica, poi, quell'eterno succedersi di scene a due non può a meno di riuscire monotono. Né questo è il peggior difetto. Il guaio più grave sta in ciò che la parte, dirò così, meccanica, cioè il congegno dei fatti che formano l'intreccio, vi ha troppa prevalenza a scapito della poesia. Ben altro era la Boheme, dove il fatto non ha importanza, mentre invece sovrabbonda il movimento lirico e poetico. Nella «Tosca», invece, bisogna mettere in rilievo la concatenazione degli avvenimenti e ciò prende molto più spazio che non dovrebbe e ne lascia poco allo sviluppo dei sentimenti... [...]
Ogni scena mi costa un improbo lavoro, devo rifarla più volte perché non voglio licenziarla se non mi soddisfa... Ebbene, caro Ricordi, parliamoci chiaro ed aperto come si conviene fra buoni amici. Io, per mio conto, non do indietro, ma non vorrei per nulla al mondo che l'impegno preso con me fosse di impedimento alla vostra libera azione. Se avete di meglio, se i miei scrupoli artistici ritardatari vi danno noia, non solo io sono disposto a smettere, ma vi offro di restituirvi una parte della somma che ebbi in anticipazione. Ai miei impegni non sono venuto meno. Ma un lavoro d'arte, non è un prodotto manuale che si possa compiere a scadenza di giornata... Sul principio di settembre avrete tutto il secondo atto, e già buona parte del terzo è fatta. Ho cominciato a fare le parti liriche e distese, riserbando per ultimo il lavoro di legatura. Ma torno a dirvi, se credete di fare a meno dell'opera mia, padrone sempre, e amici sempre.»
Ricordi non prese nemmeno in considerazione l'offerta di rinuncia del librettista, il quale continuò a lavorare di malavoglia, manifestando continuamente i suoi dubbi:
«[...] mi pare che finire il primo atto con un monologo, e cominciare con un monologo il secondo, e dello stesso personaggio, sia cosa un po' monotona. Senza contar che questo Scarpia il quale perde tempo a descrivere se stesso è assurdo. Uno Scarpia agisce, ma non si enuncia a parole. Voi mi direte che musicalmente il pezzo giova, e io non posso nulla opporvi su questo punto. A me, scenicamente, questo monologo pare assurdo. Ci metto mano, ma declino ogni responsabilità.»
Giacosa quindi lavorò intorno a «Tosca» non per convinzione, ma soltanto per accontentare nel modo migliore musicista ed editore. Piuttosto tormentato l'inizio del lavoro di Puccini che sospese improvvisamente nel 1896 e si decise a riprenderlo, secondo quanto attesta la partitura autografa, solo nel gennaio del 1898. Il lavoro fu ancora interrotto nell'aprile dello stesso anno, quando Puccini si recò a Parigi per la prima rappresentazione in Francia di «Bohème». Consigliato da Ricordi, il musicista si incontrò con Sardou per discutere del libretto. Così Puccini descrisse l'incontro con il vecchio drammaturgo:
«Quell'uomo era portentoso. Aveva più di settant'anni e c'erano in lui l'energia e la spigliatezza d'un giovinotto. Era poi un parlatore infaticabile, interessantissimo. Parlava per ore intere senza mai stancarsi, e senza mai stancare. Quando si metteva a parlare di storia era un rubinetto, una fontana: gli aneddoti sprizzavano limpidi, inesauribili. Qualche nostra seduta si ridusse a semplici monologhi di Sardou. Squisitamente piacevoli, non c'è dubbio, ma che non facevano troppo progredire la nostra Tosca. Tuttavia egli si mostrò subito arrendevole e si adattò facilmente alla necessità di sopprimere un atto e di fondere il quadro del carcere con quello della fucilazione.»
Tosca venne scritta dal giugno del 1898 alla fine di settembre del 1899, e fu composta quasi interamente nella villa di Chiatri, un paese in collina fra Viareggio e Lucca, senza strada di accesso, senza vicini. Nel gennaio 1899 Puccini fu costretto a recarsi un'altra volta a Parigi, perché erano sorte delle divergenze con Sardou a proposito della scena finale dell'opera: nella versione definitiva il finale del libretto è lo stesso di quello del dramma.
Appena finita, Puccini invia la partitura a Ricordi e ne aspetta il parere. Il colto editore legge, arriva al terzo atto, non lo capisce e scrive una lunga lettera di critica al musicista (10 ottobre):«Con battito di cuore, è vero, ma con piena franchezza e coscienza ho il coraggio di dirle: il terzo atto di Tosca, così come è, mi pare un grave errore di concetto e di fattura.... Iddio santo e buonissimo cos'è il vero centro luminoso di quest'atto?... Il duetto Tosca-Cavaradossi.... Cosa ho trovato?... Una musica frammentaria a piccole linee, che immiserisce i personaggi. Ho trovato uno dei più bei squarci di poesia lirica, quello delle mani, sottolineato semplicemente da una melodia pure frammentaria e modesta e, per colmo, un pezzo portato via di sana pianta dall'Edgar.... Stupendo se esso viene cantato da una contadina tirolese, ma fuori di posto in bocca a Floria Tosca e ad un Cavaradossi... Infine, ciò che doveva essere una specie di Inno Latino o no - ma Inno d'amore - ridotto a poche battute.... Così il cuore del pezzo è formato con tre squarci che si susseguono, ma interrotti e perciò privi di efficacia...»
Ecco la risposta del musicista, scritta a Torre del Lago, il giorno dopo, l'11 ottobre:
«Carissimo Sig. Giulio,
la sua lettera mi ha fatto una sorpresa straordinaria!! Ne sono ancora impressionato. Pur non di meno sono sereno e convinto che se Ella ripassa questo 3° atto, la sua opinione si cambia! Non è orgoglio il mio, no. È la convinzione di aver colorito come meglio non potevo il dramma che mi stava dinnanzi. Sa Lei come io sia scrupoloso nell'interpretare le situazioni, le parole, e quanto vagli prima di buttar giù. [...] Quanto alla frammentarietà, è cosa voluta da me: non può essere una situazione uniforme e tranquilla come in altre confabulazioni d'amore. Ritorna sempre la preoccupazione di Tosca, la ben simulata caduta di Mario e relativo suo contegno davanti ai fucilatori suoi. Quanto alla fine del duetto, il cosidetto inno latino (che non ho mai avuto il bene di vederlo scritto dai poeti) i miei dubbi ce li ho anch'io, ma spero che in teatro venga fuori e magari bene. Il duetto del 3º atto è stato sempre il gran scoglio. I poeti non mi hanno saputo dare (parlo della fine) niente di buono, e di vero soprattutto: sempre accademia, accademia e solite sbrodolature amorose.
Ho dovuto arrangiarmi per arrivare alla fine senza troppo seccare gli uditori evitando qualunque accademia. [...] Ripeto che non è orgoglio il mio, è solo una difesa per un lavoro che ho pensato e che mi è costato tanto pensiero. [...]»

Non una nota venne cambiata in partitura! Puccini attendeva la prima rappresentazione dell'opera con fiducia. Scrisse infatti in una lettera del dicembre 1899:

«Io credo che l'opera avrà un successo hors ligne. Mugnone ci metterà tutta la sua grande anima d'artista nel concertare e dirigere; e tutti i bravi esecutori (già animati a dovere) faranno mirabilia e daranno tutto. Questa volta sono in buone mani: impresa, orchestra, artisti e direttore. Speriamo nel pubblico di Roma e soprattutto sulla riuscita dell'opera. Al fuoco della ribalta vedremo se veramente l'ho indovinata...»
L'opera venne rappresentata il 14 gennaio 1900 al Teatro Costanzi di Roma. Responsabile dell'esecuzione fu Tito Ricordi, certamente meno affezionato a Puccini del padre Giulio.