第一幕：在彭特威德罗王国，大使杰塔为庆祝国王的生日举办了一场盛大的舞会。法国子卡斯卡代表来宾发表了祝辞，并获得了一致响应。此时，所有目光都集中在了年轻貌美的寡妇汉娜夫人身上。汉娜继承了两千万的遗产，加上她的美貌，成为了巴黎社交界的话题人物。杰塔大使深感忧虑，如果汉娜与法国人结婚，将可能导致国家经济危机。因此，他接到了保护汉娜的密令。在一首赞美祖国的合唱后，宾客们开始讨论寡妇的话题，而大使却未意识到，他的妻子法伦西娜正与花花公子卡米耶纠缠不清。达尼洛伯爵，大使的秘书，虽然沉迷于酒色，但被杰塔选中为抵御法国男人的挡箭牌。当汉娜抵达舞会时，她的美丽和财富吸引了所有男士的关注。汉娜虽然表面上装作高贵，但内心已动摇。在一曲玛祖卡舞曲中，汉娜邀请大家体验她的家乡风情。达尼洛醉醺醺地上场，唱出了《到马克西姆去告诉》表达他对过去生活的留恋。汉娜见到达尼洛，表面上装作冷漠，但内心已被触动。杰塔大使再次要求达尼洛争取汉娜的心，舞会接近尾声时，汉娜选择了达尼洛共舞，并唱起了著名的《风流寡妇圆舞曲》。
第二幕：在汉娜的花园中，她表达了对故乡生活的怀念。汉娜向大使透露了她对达尼洛的思念，而大使则因为未能找到达尼洛而焦虑。当达尼洛出现时，他的爱慕之情溢于言表，但他害怕被视为贪图汉娜的财富。汉娜邀请达尼洛共舞，并唱起了二重唱《姑娘们请抬起头，看看这傻气的骑士》。同时，卡米耶对法伦西娜的纠缠引起了混乱，达尼洛威胁要揭露几位绅士和他们的妻子的秘密。汉娜宣布晚餐即将开始，并引领众人进入屋内。在用餐时，卡米耶与法伦西娜的私情被大使发现，法伦西娜逃走，留下汉娜和卡米耶。汉娜为了保护达尼洛，宣布卡米耶是她未婚夫，这一消息震惊了杰塔大使。达尼洛终于唱出了《古时有一对王子和公主》，向汉娜表达了真心。
第三幕：汉娜为了迎合达尼洛，将住宅装饰成了马克西姆酒店的风格。舞女们进场，唱起了《舞女之歌》。法伦西娜介绍了每位舞女，但达尼洛对此毫不关心。汉娜向达尼洛坦白，她并未真的打算与卡米耶结婚，那天她进入小木屋是为了掩饰法伦西娜的私情。达尼洛决心与汉娜结婚，但不料汉娜提到，如果再婚，她将失去全部财产。达尼洛表示这对他来说最好，汉娜答应了他的求婚，并宣布所有遗产都将属于新丈夫。经历种种曲折，有情人终成眷属，杰塔大使的使命也得以完成。最后，汉娜与众人合唱了《研究女人是一门很难的学问》，影片结束。
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