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수녀원을 다니던 프로이라인 마리아는 원장수녀의 부탁을 받아, 해군 함장 출신의 퇴역 장군인 폰 트랩 대령의 집으로 가게 된다. 폰 트랩대령의 아이들인, 로베르토, 헤드비히, 베르나, 마리아, 요한나, 마르티나, 아가테 중 마리아는 몸이 약해 학교를 가지 못하자, 마리아는 작은 마리아의 가정교사로서 부른 것이다. 죽은 엄마를 늘 그리워하는 작은 마리아이지만, 아버지인 폰 트랩 대령은 아이들 기억 속에서 엄마를 지우려고 한다. 하지만 마리아는 아이들 엄마의 유품을 꺼내며 함께 얘기하고 가끔씩 그리워하는 것이 작은 마리아를 건강하게 하는 일이라고 주장하고, 결국 폰 트랩 대령도 마리아의 설득에 수긍을 하게 된다. 어느 날, 마리아는 아이들을 데리고 밖으로 나갔는데, 어린 마르티나가 그만 물에 빠지는 사고를 당하고 만다. 비록 마르티나는 폐렴에 걸리지 않고 병을 이겨냈지만 마리아는 자책감에 수녀원으로 되돌아가게 되고, 마리아를 그리워하던 작은 마리아와 요한나는 수녀원으로 마리아를 찾으러 간다. 아이들이 자신을 찾으러 왔다는 것을 안 마리아는 용기를 내어 다시 폰 트랩 대령의 집으로 돌아간다. 그 즈음, 폰 트랩 대령은 이본느라고 하는 백작부인과의 재혼을 심각하게 생각 중이어서, 백작부인을 집으로 초대해 아이들과 만나게 했다. 하지만 이본느는 폰 트랩 대령이 마리아에게 마음이 있다는 사실을 알고, 대령에게 자신의 마음을 인정하라고 충고한 후 떠난다. 자신이 마리아를 좋아하고 있다는 사실을 깨달은 폰 트랩 대령은 마리아에게 청혼을 하게 되고, 두 사람은 결혼을 하게 된다. 평화롭던 나날이 계속되던 어느 날, 우연히 만난 오페라 가수가 마리아와 아이들이 노래를 부르는 모습을 보곤 잘츠부르크 음악제에 나가라고 추천을 한다. 그 일을 계기로 폰 트랩 가족 합창단이 유명해 지자, 오스트리아를 점거한 나치 독일의 비밀 경찰이 찾아와 히틀러의 생일에 나와 노래를 불러달라고 요청을 한다. 하지만 폰 트랩 대령은 아이들과 함께 스위스로 망명할 계획을 세우는데....