I tillegg er minst 130 mennesker såret i angrepet, som skjedde like ved en sjiamuslimsk moskè sentralt i hovedstaden, opplyser politiet.
Dødstallene etter det blodige angrepet forsatte å stige idet politiet og frivillige dro lik ut av ruinene.
- Det ansvarlige for eksplosjonen ved shia-moskeen i Samarra forrige onsdag står bak dette angrepet, ble det ropt fra folkemengden ved åstedet.
Sort røyk
Eksplosjonen kunne høres over store deler av byen og sendte til værs en stor sky av støv og røyk, fortalte øyenvitner.
Etter at bomben ved Khillani-moskeen i forretningsstrøket Sinak gikk av, kom det også til skuddveksling.
Dette er den siste i rekken av angrepene mot sjia- og sunnimuslimske moskeer i Irak de siste dagene og det blodigste siden april.
Storoffensiv mot al-Qaida
Angrepet fant sted samme dag som 10.000 amerikanske soldater gikk til storaksjon mot terrornettverket al-Qaida, først og fremst i og rundt byen Baquba i Diyala-provinsen.
Hittil hevder den amerikanske hæren i landet å ha drept 22 opprørere i dag.
- Målet er å utslette al-Qaidas innflytelse i provinsen og eliminere trusselen mot folket, sier Mick Bednarek ved det amerikanske militæret i Irak.