Calamity Jane (Doris Day) arrive à Deadwood, dans le territoire du Dakota, en tant que messagère de la diligence. Lorsqu’elle se vante de la dangerosité du voyage à travers le territoire indien, les hommes se moquent de son récit exagéré. Les survivants d’une attaque indienne rapportent que l’homme sur lequel Calamity a jeté son dévolu, le lieutenant de cavalerie américain Danny Gilmartin (Philip Carey), a été tué. Lorsque Calamity demande aux survivants comment Gilmartin a été tué, ils admettent qu’ils ne savent pas vraiment s’il est mort. Calamity entre dans un camp de partisans de la guerre sioux avec ses six tireurs flamboyants et sauve le lieutenant Gilmartin.
Pendant ce temps, le saloon local, le Golden Garter, envoie chercher de belles femmes amuseuses pour se produire sur scène dans une ville majoritairement masculine. Le propriétaire du saloon est surpris lorsqu’une amuseuse qu’il a engagée se révèle être un homme nommé Francis Fryer (Dick Wesson). Craignant une émeute, le propriétaire persuade le réticent Fryer de se travestir. D’abord convaincant, sa perruque tombe, révélant qu’il est un homme. Le public en colère commence à sortir en trombe. Calamity calme la situation en promettant d’amener la femme que tous les hommes adorent : la chanteuse Adelaid Adams (Gale Robbins), qui est à Chicago. Francis Fryer dit à Calamity qu’Adams n’acceptera jamais de venir à Deadwood mais Calamity est déterminé. Wild Bill Hickok (Howard Keel) se moque de l’idée de Calamity.
Calamity se rend à Chicago où Adams donne son spectacle d’adieu avant de lancer une tournée européenne. Adélaïde donne ses vieux costumes à sa bonne, Katie Brown (Allyn McLerie), qui rêve de devenir chanteuse. Lorsque Calamity entre, elle confond Katie avec Adélaïde. Katie, se faisant passer pour Adelaid Adams, accepte d’accompagner Calamity, y voyant une chance de se produire sur scène.
Lors de la première représentation de Katie à la Jarretière d’or, Calamity se rend compte qu’elle a une voix différente. Katie éclate en sanglots et avoue qu’elle n’est pas Adelaid Adams, stupéfiant la foule qui est alors au bord de l’émeute. Calamity tire un coup de feu en l’air et prend la défense de Katie. Le public permet à Katie de continuer, et sa performance les gagne.
Calamity et Katie deviennent amies ; Katie s’installe dans la cabane délabrée de Calamity qu’elles retapent ensemble. Pour attirer le lieutenant Gilmartin, Calamity, avec l’aide de Katie, s’habille et se comporte de façon plus féminine. Le lieutenant Gilmartin et Wild Bill Hickok, qui sont tous deux amoureux de Katie, rendent visite à la cabane de Calamity. Alors qu’elle est seule avec le lieutenant Gilmartin, Katie sait qu’il la préfère, mais lui dit que Calamity l’aime et qu’elle ne trahira pas son ami. Le lieutenant Gilmartin dit à Katie qu’il n’est pas intéressé par Calamity. Katie dit aux deux hommes que Calamity a changé, ce qu’ils verront lorsqu’elle retournera à la cabane. En attendant, les deux hommes tirent à la courte paille pour savoir qui emmènera Katie au prochain bal. Le lieutenant Gilmartin gagne, et Wild Bill accepte de prendre Calamity, bien qu’elle pense que le lieutenant Gilmartin la préfère. Avant que les hommes puissent voir la transformation de Calamity, elle revient à la cabane couverte de boue, ayant glissé en traversant le ruisseau.
Au bal, tout le monde est stupéfait par la transformation de Calamity. Elle devient de plus en plus jalouse en regardant Katie et Danny danser ensemble. Dehors, dans le jardin, Katie ne peut plus résister au lieutenant Gilmartin, et ils s’embrassent. Calamity, les voyant, réagit avec colère et affronte Katie, lui tirant un verre à punch de la main. De retour dans sa cabane, Calamity jette les affaires de Katie, jurant de l’abattre si jamais elle la revoit, puis s’effondre en larmes.
Calamity confronte plus tard Katie pendant son spectacle, et l’avertit de quitter la ville. Katie n’est pas effrayée et emprunte une arme à feu, disant à Calamity de brandir un verre à shot. Se moquant d’elle, Calamity le brandit hardiment. Un coup de feu retentit, et le verre tombe de la main de Calamity. C’est en fait Wild Bill qui a secrètement tiré, mais il laisse croire à tout le monde que c’était Katie. Humiliée, Calamity sort en trombe, mais Wild Bill l’attrape, la jette dans son chariot et repart.
Calamity Jane (Doris Day) et Wild Bill Hickok (Howard Keel) à la Jarretière d’or
Wild Bill tente de calmer Calamity, et révèle qu’il a tiré sur le verre de sa main pour lui donner une leçon. Il affirme qu’effrayer Katie pour qu’elle quitte la ville n’empêcherait pas le lieutenant Gilmartin de l’aimer. Calamity a le coeur brisé et révèle qu’elle était folle de Gilmartin, tandis que Wild Bill admet qu’il aimait Katie. Calamity dit qu’il n’y aura jamais d’autre homme pour elle, mais elle et Wild Bill s’embrassent passionnément. Calamity réalise qu’elle a toujours aimé Wild Bill.
Le soleil se lève sur un nouveau jour alors qu’une Calamity beaucoup plus heureuse chevauche en ville, mais les habitants la rabrouent. Katie a décidé de retourner à Chicago, se sentant coupable d’avoir trahi sa meilleure amie. Le lieutenant Gilmartin est furieux contre Calamity pour avoir fait fuir Katie et lui donne le mot de Katie. Calamity poursuit la diligence et finit par la rattraper. Elle dit à Katie qu’elle aime Wild Bill, et les deux femmes redeviennent amies.
Il s’ensuit un double mariage et les deux heureux couples quittent la ville en diligence.
Il s’agit de la première fois qu’une femme se marie.