Lili Smith (Julie Andrews) es una bella cantante. Su atractivo, personalidad y talento hace que los soldados caigan rendidos a sus pies y la idolatren, y ella lo sabe. Sin embargo, su apariencia dulce guarda un terrible secreto: el motivo por el que se encuentra entre las tropas es que es una espía enemiga. Y su última misión consiste en seducir a William Larrabee (Rock Hudson), un Mayor, héroe de la aviación del ejército.
Pronto, el Mayor cae rendido ante los innumerables encantos de Lili, pero ésta se dará cuenta de que su nuevo amante no es el hombre sereno y honorable que parece. También tiene secretos ocultos que no muestra a nadie. Poco a poco, Lili empezará a preguntarse si la que está haciendo un papel es ella o si, por el contrario, es Larrabee quien está jugando sus cartas en una farsa.
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