１９１６年、アメリカが第一次世界大戦に参戦する前年、アメリカの雪に覆われた田舎にジョーとジミーの旅芸人コンビは、ヴォードヴィル・ショーのため汽車でやって来る。同じ公演に出演する、ハリーも同じ汽車に乗っており、ジョーと駅で出会う。ジョーはハリーのナンパじみた態度に対し、皮肉を言ってあしらう。開演前の舞台裏、ハリーはジョーら女性が使っている楽屋を自分の楽屋として奪ってしまう。開演し、まずハリーは道化としてステージに上がり、笑いを取る。ハリーは舞台袖で次のジョーたちのショーを見る。喝采を浴びて袖に帰ってきたジョーは楽屋の一件もあり、ハリーにつれない態度で接する。ジョーが楽屋に帰ると、そこには弟で医学生のダニーが待っていた。ダニーは姉がショーで得たお金で学費を払ってもらっていることに後ろめたさを感じていて、退学したいとジョーに伝えるが、ジョーは、「医者になって返してくれる約束でしょ」と言い、ダニーは再び医者を目指すべく、大学に戻っていく。

夜、弟を駅で見送った帰り、ジョーはハリーに遭う。ハリーはジョーのパフォーマンスを褒め、コンビを組もうと言うがジョーはつれない。そこで、ハリーは自分のレパートリーとして密かにジョーとジミーから奪い取った曲「For Me and My Gal」をジョーにあげると言う。二人はその楽譜をもってカフェに入り、芸人としての夢を語り合う。それはニューヨークのパレスで公演すること。それは芸人なら二人のみならずだれもが夢見る舞台なのだ。そして店主一人が見るなか、この曲を二人で歌い踊る。そして、その勢いで二人でショーの構成を話し合い始めた時、ジョーの顔が曇る。ジミーのことを思い出したのだ。
二人はホテルに戻り、ジョーはおやすみを言って階段を上がるが、ハリーが呼び止める。そして、本気で組みたいと思っていることを伝える。ジョーは「ありがとう」とだけ言って、部屋に戻るとジミーがいて、二人が踊るのを窓から見ていたことを告げ、自分も新しいことをしたいから、コンビを解消しようと切り出す。

パルマー＆ヘイデンとしてスタートを切ったジョーとハリーの二人だが、まだまだ夢のパレスには程遠い。同じころアメリカが第一次世界大戦に参戦する。戦時下のある日、夜行列車で移動中ハリーは誤って有名な歌手であるイヴの部屋に入ってしまう。イヴとハリーはその後、何度も会うようになり、ジョーは心配でならない。そしてジョーはハリーへの愛を、楽屋で再会したジミーに思わず打ち明ける。ショーで「After You’ve Gone」を歌い、そしてその日ハリーが訪れることになっていたイヴの家に行き、ハリーを愛していることをイヴに伝える。するとイヴは、ハリーの本心を確かめることを提案し、ジョーを物陰に隠す。そこにハリーがやって来て、イヴは「私と組まない？」と尋ねる。それはパレスでの公演を意味している。そしてハリーはジョーが聞いていることも知らず、その申し出を受けてしまう。

ホテルでハリーのもとを去るための荷づくりをしているジョーの部屋に、ハリーがやってくる。そして「もし、夢がかなう提案が同時に誰かを傷つけることになるなら、どうすればいい？」とジョーに尋ねる。ジョーは「もし夢が何より大切なら、そちらをとるべきだわ。」と言って、さらにジミーから組まないかと誘われているという嘘をつく。ハリーは好都合とばかりに、提案を受けるよう勧めるが、ジョーは泣きだす。ハリーは慰めようとしてジョーを抱きしめ、そして思わずキスをする。ハリーはジョーが自分を愛していたことに気づき、同時に自分もジョーに恋してしまう。その直後、ニューヨークのパレス劇場からオファーの手紙を受け取る。二人は公演初日に結婚しようと約束を交わす。二人は意気揚々とパレスに向かうが、実はオファーはニューアークのパレス劇場からであることを知り、落胆する。
ジョーとハリーはジミー達とディナーを共にするが、そこにダニーがやって来る。軍に召集され、出発のあいさつをしに来たのだ。ダニーとジョーは夢のパレスでの再会を約束する。そしてジョーとハリーはニューアークで公演し、それが目にとまり、夢のニューヨークのパレス劇場から今度こそオファーを受ける。しかし、その直後ハリーにも召集令状が届く。何とか召集を回避しようと手だてをうつが、無駄に終わり、遂にハリーは身体検査で不適格になるよう、ジョーに内緒で手にわざと怪我を負う。ハリーの目論み通り不適格となり、ジョーにそれを伝えに行くが、ちょうどその直前にジョーはダニーの戦死を知らされていた。ハリーの策略を知ったジョーはもう二度と会わないと言い、ハリーのもとを去ってしまう。ハリーはジョーを取り戻すべく、身体検査を受け続けるが、手はもはや完治しない状態であることを知らされる。ハリーは、ジミーの相棒でYMCAの活動で戦争公債を売るためのショーをしているシドに出会う。シドにYMCAとして一緒にヨーロッパに行かないかと誘われる。パリのホテルでは、ジョーが同じくYMCAの慰問活動として、ショーを行っていた。そこでジョーはジミーと再会し、そしてジミーは偶然ホテルにいたハリーにも会い、ハリーを勇気づける。そしてジョーとハリーは再会し、「あなたは臆病ものじゃないわ」とジョーはハリーに言う。しかし、再び離れ離れになってしまい、二人とも各地で慰問活動を行う。

ある日、ハリーがショーのために戦地近くのバーに向かうと、多数のけが人が救急車を待っていた。しかし、砲撃のなかで救急車が危険な状況にあることを知ったハリーは、一人車に乗り込み救急車を助けに向かう。砲撃の中車を走らせ、遂にはドイツ兵と遭遇。手榴弾を投げてドイツ兵を倒す。戦争は終結し、ニューヨークのパレスでジョーはショーを行う。そして観客席にはジミーとハリーが。ハリーに気付いたジョーは駆け寄り、一緒に「For Me and My Gal」 を歌い、ステージ上で涙をながして抱擁する。