Tres marineros que gozan de un permiso de veinticuatro horas en New York aprovechan para conocer la ciudad y arreglar algunos asuntos pendientes. También quieren divertirse, y conocen a tres chicas que les hacen perder la cabeza.

Gene Kelly y Frank Sinatra son dos marineros de personalidades opuestas: uno (Sinatra) es tímido y un tanto ingenuo, mientras que el otro (Kelly) es un hombre de mundo. Ambos vivirán mil peripecias en la ciudad de Los Ángeles

El detective Mark McPherson investiga el asesinato de Laura, una elegante y seductora mujer que aparece muerta en su apartamento. McPherson elabora un retrato mental de la joven a partir de las declaraciones de sus allegados. El sugestivo retrato de Laura, que cuelga de la pared de su apartamento, también le ayuda en esta tarea.