Calamity Jane (Doris Day) llega a Deadwood, en el territorio de Dakota, como mensajera de escopeta en la diligencia. Cuando presume de lo peligroso que fue el viaje a través del territorio indio, los hombres se ríen de su exagerado relato. Los supervivientes de un ataque indio informan de que el hombre en el que Calamity ha puesto sus ojos, el teniente de caballería estadounidense Danny Gilmartin (Philip Carey), fue asesinado. Cuando Calamity presiona a los supervivientes sobre cómo fue asesinado Gilmartin, éstos admiten que no saben realmente si está muerto. Calamity entra en el campamento de una partida de guerra sioux con sus seis tiradores en ristre y rescata al teniente Gilmartin.
Mientras tanto, el saloon local, el Golden Garter, envía a bellas mujeres animadoras para que aparezcan en el escenario de un pueblo predominantemente masculino. El dueño del salón se sorprende cuando una artista que ha contratado resulta ser un hombre llamado Francis Fryer (Dick Wesson). Temiendo un motín, el dueño convence al reacio Fryer para que actúe vestido de mujer. Al principio resulta convincente, pero su peluca se cae, revelando que es un hombre. El público enfadado empieza a salir en tromba. Calamity calma la situación prometiendo traer a la única mujer que todos los hombres adoran: la cantante Adelaid Adams (Gale Robbins), que está en Chicago. Francis Fryer le dice a Calamity que Adams nunca aceptaría venir a Deadwood, pero Calamity está decidida. Wild Bill Hickok (Howard Keel) se burla de la idea de Calamity.
Calamity viaja a Chicago donde Adams está dando su actuación de despedida antes de iniciar una gira europea. Adelaida regala sus viejos trajes a su criada, Katie Brown (Allyn McLerie), que sueña con ser cantante. Cuando Calamity entra, confunde a Katie con Adelaid. Katie, haciéndose pasar por Adelaid Adams, acepta ir con Calamity, viéndolo como una oportunidad para actuar en el escenario.
Durante la primera actuación de Katie en el Golden Garter, Calamity se da cuenta de que suena diferente. Katie rompe a llorar y admite que no es Adelaid Adams, aturdiendo al público que entonces está a punto de amotinarse. Calamity dispara al aire y defiende a Katie. El público permite que Katie continúe, y su actuación les convence.
Calamity y Katie se hacen amigas; Katie se muda a la destartalada cabaña de Calamity que arreglan juntas. Para atraer al teniente Gilmartin, Calamity, con la ayuda de Katie, se viste y actúa de forma más femenina. El teniente Gilmartin y Wild Bill Hickok, que están enamorados de Katie, visitan la cabaña de Calamity. Mientras está a solas con el teniente Gilmartin, Katie sabe que él la prefiere a ella, pero le dice que Calamity lo ama y que no traicionará a su amiga. El teniente Gilmartin le dice a Katie que no está interesado en Calamity. Katie les dice a los dos hombres que Calamity ha cambiado, cosa que verán cuando vuelva a la cabaña. Mientras esperan, los dos hombres echan a suertes quién llevará a Katie al próximo baile. El teniente Gilmartin gana y Wild Bill acepta llevar a Calamity, aunque ella cree que el teniente Gilmartin la prefiere. Antes de que los hombres puedan ver la transformación de Calamity, ésta llega de vuelta a la cabaña cubierta de barro, tras haber resbalado al cruzar el arroyo.
En el baile, todos se asombran de la transformación de Calamity. Se pone cada vez más celosa al ver a Katie y Danny bailando juntos. Fuera, en el jardín, Katie ya no puede resistirse al teniente Gilmartin y se besan. Calamity, al verlos, reacciona enfadada y se enfrenta a Katie, disparando un vaso de ponche de su mano. De vuelta a su cabaña, Calamity tira las pertenencias de Katie, jurando dispararle si la vuelve a ver, y luego rompe a llorar.
Calamity se enfrenta más tarde a Katie durante su actuación, y le advierte que abandone la ciudad. Katie no se asusta y pide prestada una pistola, diciéndole a Calamity que levante un vaso de chupito. Burlándose de ella, Calamity lo levanta con valentía. Suena un disparo y el vaso cae de la mano de Calamity. En realidad fue Wild Bill quien se disparó en secreto, pero deja que todos piensen que fue Katie. Humillada, Calamity sale furiosa, pero Wild Bill la agarra, la mete en su carro y se marcha.
Wild Bill intenta calmar a Calamity, y le revela que disparó el vaso de su mano para darle una lección. Dice que asustar a Katie para que abandone la ciudad no impedirá que el teniente Gilmartin la ame. Calamity tiene el corazón roto y revela que estaba loca por Gilmartin, mientras que Wild Bill admite que amaba a Katie. Calamity dice que nunca habrá otro hombre para ella, pero ella y Wild Bill se abrazan y se besan apasionadamente. Calamity se da cuenta de que siempre ha amado a Wild Bill.
El sol sale en un nuevo día mientras una Calamity mucho más feliz cabalga hacia el pueblo, pero la gente del pueblo la rechaza. Katie ha decidido volver a Chicago, sintiéndose culpable por haber traicionado a su mejor amigo. El teniente Gilmartin está furioso con Calamity por haber alejado a Katie y le da la nota de Katie. Calamity persigue a la diligencia y finalmente la alcanza. Le dice a Katie que ama a Wild Bill, y las dos mujeres vuelven a ser amigas.
A continuación se celebra una boda doble y las dos felices parejas abandonan la ciudad en la diligencia.