ACTE I

Andy Lee, le chorégraphe, fait passer des auditions pour la chorus line. Tandis qu’Oscar accompagne les danseurs au piano, Mac, le régisseur, et Billy Lawlor, le jeune premier du spectacle, observent les candidats et commentent leur prestation.
Les auteurs de la pièce, Bert Barry et Maggie Jones, attendent la fin du numéro. Ils ont bien aimé ce qu’ils ont vu, mais rappellent aux danseurs que le public, qui paye 4, 40 dollars sa place, s’attend à voir quelque chose d’extraordinaire. Mac est en train de noter les noms et adresses de ceux qui ont été retenus lorsque la jeune et jolie Peggy Sawyer monte sur scène : originaire d’Allentown, la jeune fille a hésité pendant une heure avant de trouver le courage d’entrer, et a de ce fait raté l’audition. Billy, l’œil toujours aux aguets, se précipite sur elle, lui demande un rendez-vous et la conduit devant Andy. Peggy enroule son écharpe porte-bonheur autour de son cou et se met à chanter.
Elle est bien, cette petite. Très bien, même ! Mais Andy, que l’on a informé que Mr. Marsh venait d’arriver, n’a plus de temps à consacrer aux retardataires. Désemparée, Peggy sort précipitamment de scène et manque de renverser Julian Marsh. Maggie découvre alors le petit sac que la jeune fille a oublié sur le piano. Il ne contient qu’un trèfle à quatre feuilles, une patte de lapin et quarante cents. Maggie suppose que Peggy reviendra le récupérer.
Bert et Maggie tentent de sonder Julian sur les chances qu’il donne au spectacle. Le metteur en scène n’est guère confiant : il a perdu de l’argent à Wall Street et doit absolument faire un succès. La distribution l’inquiète, notamment Dorothy Brock, la vedette féminine : elle n’est pas montée sur scène depuis dix ans, mais son amant, Abner Dillon, est prêt à investir 100 000 dollars si elle tient le premier rôle dans le spectacle. Dorothy et Abner arrivent. La comédienne déclare à Julian qu’elle a toujours rêvé de travailler avec le « roi de Broadway » et fait profil bas jusqu’à ce que le metteur en scène lui suggère de faire un essai. Abner rappelle à Julian que le rôle lui est de toute façon attribué et qu’elle n’a plus à faire la preuve de son talent. Julian insiste, et Dorothy menace de s’en aller. Bert et Maggie essaient de la calmer en lui expliquant que l’on veut simplement s’assurer que sa chanson est écrite dans la bonne tonalité. Peggy revient chercher son sac. Maggie s’apprêtait à partir déjeuner avec trois des choristes, Annie, Phyllis et Lorraine ; elle invite la jeune fille à les accompagner au Gypsy Tea Kettle, à condition que les répétitions se poursuivent en chemin. Alors que les filles regagnent ensuite le théâtre en répétant certains pas de danse, Julian les aperçoit. Ayant eu le temps de remarquer le talent de Peggy, il demande à Andy de l’engager comme doublure.
Dorothy et Billy répètent la scène d’amour, ce qui met Abner hors de lui : il n’a tout de même pas investi autant d’argent dans ce spectacle pour voir la dame de son cœur flirter avec un comédien ! La scène du baiser est supprimée, Billy et Dorothy se tendront simplement la main. Peggy, qui n’a rien mangé, perd connaissance lors d’une répétition. On la porte jusque dans la loge de Miss Brock où se trouve Pat Denning, l’ancien partenaire de Dorothy, devenu son amant. Alors qu’il s’occupe de la jeune fille, Dorothy les surprend et entre dans une colère terrible, persuadée que Pat la trompe. Julian, qui craint de voir s’envoler l’investissement d’Abner, exige de Dorothy qu’elle se sépare de son amant. De mauvaise grâce, elle accepte de renoncer à voir Pat quelque temps. Ayant été menacé par deux malfrats commandités par Julian, Pat fait dire à Dorothy qu’il part pour Philadelphie. Or les avant-premières du spectacle, qui devaient se tenir à Atlantic City, sont inopinément transférées à Philadelphie également. La compagnie se produira à l’Arche Street Theatre.
Une partie des décors et des costumes n’est pas arrivée à temps, mais la répétition générale a tout de même lieu. À l’issue de celle-ci, Julian se montre d’excellente humeur, mais Dorothy se plaint que son rôle soit aussi peu consistant. La compagnie fait alors une pause et prépare une party au Regency Club, à laquelle Peggy prie Julian de participer. Surpris, il hésite, puis se rend également à la fête. N’ayant pas de nouvelles de Pat, Dorothy, nerveuse, se montre très désagréable avec Abner, qui du coup menace de stopper le financement du spectacle. La compagnie le convainc de justesse de n’en rien faire. Dorothy retrouve finalement Pat, que Julian tente à nouveau d’éloigner par la force. Ayant surpris les propos de Julian, Peggy veut prévenir Pat du danger, mais ne fait qu’attiser la colère de Dorothy. C’est la grande première de Pretty Lady à Philadelphie. L’un des numéros, « We’re in the Money », fait un tabac. Dorothy se hâte car elle participe au finale du premier acte. Alors que toute la compagnie entre en scène, Peggy la bouscule par mégarde. Dorothy tombe et n’arrive pas à se relever. Furieux, Julian fait baisser le rideau. Il renvoie Peggy de la troupe et informe le public que la représentation ne peut se poursuivre.

ACTE II

Le médecin appelé en coulisse constate que Dorothy s’est cassé la cheville. « No star, no show » : Julian décide donc d’annuler les représentations de Pretty Lady. La compagnie apprend la terrible nouvelle dans les loges. Abasourdis, les choristes tentent de se ressaisir, et suggèrent de trouver une remplaçante. Après quelques propositions, tout le monde s’accorde finalement sur le nom de Peggy, mais il faut encore réussir à convaincre Julian… Très réticent, celui-ci finit par accepter cette idée, mais Peggy a déjà disparu. Comme il est à l’origine du renvoi de la jeune fille, Julian estime que c’est à lui de demander à Peggy de revenir. Il se précipite à la gare. Par chance, la jeune fille attend encore le train pour Allentown. Elle répond au metteur en scène qu’elle est certaine de ne pas être faite pour le show-business, mais Julian la persuade qu’elle seule peut sauver le spectacle.
De retour à New York, au 42nd Street Theatre, il reste trente-six heures pour monter Pretty Lady avant la première. Durant ce laps de temps, Peggy doit apprendre vingt-cinq pages de texte, six chansons et dix numéros de danse. On répète à n’en plus finir, Peggy est exténuée, mais Julian la pousse encore et encore…
Une demi-heure avant le début du spectacle, Dorothy, une jambe dans le plâtre, est conduite en fauteuil roulant dans la loge de Peggy. La comédienne explique à la jeune fille qu’elle l’a vue répéter, et a pu apprécier son grand talent. Dans la foulée, elle lui confie qu’ayant pris conscience qu’elle aimait Pat depuis longtemps, elle l’a épousé le matin même. Dorothy souhaite alors bonne chance à Peggy en lui donnant encore quelques trucs pour gagner les faveurs du public.
À Broadway, le rideau va se lever sur Pretty Lady. Julian entre dans la loge de Peggy et lui donne ses dernières recommandations, avant de l’embrasser. Le show démarre. Avant le numéro final, Peggy, paniquée et épuisée, dit à Julian qu’elle ne se souvient plus de son texte. Mais il lui ôte son écharpe porte-bonheur et la pousse encore une fois en scène. Le show est un énorme succès. En l’espace d’une soirée, Peggy devient une star. Elle est invitée au Ritz pour fêter la première, mais aussi à une party chez Lorraine avec les danseurs de la chorus line. Elle décide d’aller faire la fête avec les kids et dit à Julian que ce serait fabuleux s’il venait lui aussi. Resté seul sur la scène, Julian Marsh, à nouveau au sommet de sa gloire à Broadway, savoure son triomphe.