宋丹萍是個舊民主革命時期的革命者，從事演劇活動。他與大地主女兒李曉霞相戀，遭到大地主的阻撓和早已垂涎曉霞美貌的惡霸湯俊的陷害，湯俊指使人用硝酸燒毀了他的面容和雙手。宋丹萍藏匿戲院頂樓，托人假報已死，李曉霞得知后精神失常。每到夜半時分，宋丹萍在戲院樓頂昂首高歌，曉霞在歌聲中仿佛得到安慰。十年后，另一個劇團在這座戲院演出，宋丹萍的“夜半歌聲”在藝術上幫助了這個劇團。因而在一個偶然的機會，青年演員孫小鷗結識了宋丹萍。宋對孫詳細講述了他的遭遇，并向孫展示被燒傷的猙獰面容，引起孫的強烈悲憤和共鳴，由此宋丹萍與孫曉鷗結為摯友。 又過了三年，由于演出的劇目長期沒有改進，劇團經(jīng)營不景氣，面臨解散。小鷗在與宋丹萍告別時，宋拿出早已修改好的《熱血》劇本，并承諾劇團一定能憑借此劇起死回生。不久，劇團憑借《熱血》大獲成功，小歐前往感謝宋丹萍。宋面色凝重地拜托小歐代替自己看望長久思念而無法相見的曉霞，小歐不從，并無意中透露自己的心上人是劇團女演員綠蝶。丹萍聞之大失所望，坦言意欲小歐接替自己帶給曉霞幸福生活，小歐被丹平真情所打動，答應冒充丹萍與曉霞相見。曉霞見“丹萍”重返，大喜過望，精神面貌煥然一新，但神志仍未恢復正常。幾天后，十三年前謀害宋丹萍的惡霸湯俊在看戲時垂涎于女演員綠蝶貌美，戲畢追入后臺欲納之為妾，綠蝶嚴詞拒絕并指出她只屬于孫曉鷗。湯再度侮辱綠蝶，小歐與湯搏斗，湯不勝，惱羞成怒拔出手槍，為保護男友，綠蝶小腹中彈，當即倒地而亡。槍聲驚動了藏匿在頂樓的宋丹萍，宋身披黑色斗篷，隨即從樓跳下與湯俊激烈搏斗，湯被逼入頂樓，丹萍坦白身份：“我就是十三年前被你害過的宋丹萍”。湯被宋的猙獰面目嚇得精神恍惚，在幾回合的搏斗之后從頂樓掉下摔死。 激烈的打斗和槍聲引來了大量市民圍觀，市民目睹宋丹萍猙獰的面容，皆誤以為妖怪出現(xiàn)，準備打死宋丹萍“除妖”。孫小歐大聲勸解市民無果，同時又有人揭發(fā)丹萍以前曾是革命黨人，導致軍警介入，宋丹萍聞聲而逃，被大量市民和軍警圍困在一廢棄二層樓內。在此危急時刻，孫小歐毅然找到曉霞，坦白前幾日冒充丹萍一事，并告訴曉霞實際上丹萍默默守候了她十三年，不過這次肯定是活不成了。曉霞頓時暈厥過去。 丹萍被圍困于二層樓內不得脫身，市民與軍警皆害怕其猙獰面容而不敢近前。便向樓內投擲火把，整座小樓頓時烈火熊熊。丹萍耐不住大火炙烤，幾乎昏倒，更又無法脫身，想到大仇已報，內心坦然，便忍痛投入樓邊江水中自盡。此時小歐一直守候在曉霞身邊，幾小時后，曉霞醒來，不料精神奇跡般地恢復正常，只是說到：“感覺像是做了好長的一場夢”。小歐見此情形，想到愛人已逝，便決然地以丹萍的身份，與曉霞開始了幸福的生活。