Actul I

În ultima seară din anul 1870, în reședința familiei Eisenstein, domnește liniștea și tihna. Gabriel, capul familiei, se află la tribunal, unde se judecă recursul în procesul de ultraj intentat împotriva sa.  Adela, nostima subretă de curând angajată, primește o scrisoare din partea surorii sale Ida, care o invită la balul organizat de Prințul Orlovski. Rosalinda, soția lui Gabriel, ascultă cu nostalgie serenada cântată sub fereastra sa de Alfred, vechiul ei admirator. Acesta pătrunde în casă și refuză să plece până ce Rosalinda nu îi promite că îl va primi din nou, după ce soțul ei va pleca la închisoare.

Revenit acasă, Eisenstein izbucnește furios, manifestându-și nemulțumirea atât față de avocatul său, Blind, care a pierdut procesul, fiind condamnat la 8 zile de arest. El trebuie să se prezinte imediat la închisoare. Își face apariția Dr. Falke, un vechi prieten al lui Gabriel din anii tinereții, cunoscut pentru spiritul său petrecăreț. Acesta nutrea de mult timp dorința de a se răzbuna pe prietenul său pentru o veche farsă. În urma unui bal mascat, Gabriel l-a lăsat pe Falke beat într-o grădină publică, îmbrăcat într-un costum de liliac spre batjocura mulţimii, motiv pentru care i-a rămas porecla de „Doctorul Liliac”.

Profitând de situația tensionată, Falke îl convinge pe Eisenstein să își amâne plecarea la închisoare și să participe, în schimb, la balul Prințului Orlovski, unde va avea prilejul de a se distra în compania balerinelor, a „șoriceilor” cum îi numea în trecut. Cedând insistențelor prietenului său, Gabriel acceptă propunerea. În paralel, Adela pleacă și ea la bal, folosindu-se de pretextul unei vizite la o presupusă mătușă bolnavă, iar Rosalinda rămâne singură. Dar singurătatea acesteia este de scurtă durată, căci Alfred revine pentru a-și revendica locul alături de ea. Momentul de tandră rememorare a trecutului este brusc întrerupt de sosirea lui Frank, directorul închisorii, care se prezintă pentru a-l însoți pe Eisenstein în arest. Frank îl confundă pe Alfred cu Gabriel, întrucât acesta este îmbrăcat în hainele stăpânului casei și așezat la masă. Pentru a salva reputaţia Rosalindei, Alfred merge la închisoare.

Rosalinda, primește o scrisoare de la doctorul Falke, prin care acesta o informează asupra locului unde-și va petrece soțul ei prima noapte de arest. Alături de scrisoare, pentru a se convinge, găsește și o invitație la balul prințului Orlovsky.

Actul II.

În fastuoasele saloane ale Prințului Orlovski, balul se desfășoară în întreaga sa splendoare. Deși Prințul nu împlinise încă vârsta de douăzeci de ani, cunoscând toate distracțiile posibile se plictisea de moarte și nu-l interesa nimic. Totuși, Dr. Falke îl asigură că în această seară se va distra copios.

Printre invitați își face apariția și Adela, purtând o rochie aparținând stăpânei sale, Rosalinda. La scurt timp după sosirea sa, descoperă că invitația pe care o primise nu fusese trimisă de sora sa, Ida. Astfel ea acceptă sugestia de a fi prezentată Prințului drept Olga, o tânără artistă talentată.

În scurt timp, își face apariția și așa-numitul Marchiz de Renard, care nu este altcineva decât Gabriel Eisenstein. Prințul îl invită la o partidă de...băutură, pe care o acceptă pentru a nu-l supăra pe Orlovsky și bea până se îmbată. Deodată o vede pe Adela, însă Dr. Falke intervine cu abilitate, convingându-l că se înșeală.

Este anunțată sosirea unui alt oaspete de seamă, Contele de Chagrin, care, în realitate, nu este decât Frank, directorul închisorii. Prezentarea celor doi falși nobili francezi, Eisenstein și Frank, accentuează situația comică, stârnind hohote de râs din partea Prințului Orlovski.

Ultima invitată care își face apariția este o așa-zisă contesă maghiară, în fapt Rosalinda, purtând o mască. Fără a o recunoaște, Eisenstein începe să o curteze cu insistență. În încercarea de a-și demonstra farmecul asupra femeilor, el folosește faimosul său „efect al ceasului”, un gest seducător care până atunci nu dăduse greș. Rosalinda răspunde cascadei de complimente ale soțului său, luându-i ceasul, dovadă clară a infidelității acestuia și a modului în care el își petrece presupusa perioadă de detenție.

Când orologiul anunță ora 6 dimineața, atât Frank, cât și Eisenstein realizează că este momentul să se îndrepte, fiecare pe drumuri separate, către închisoare.

Actul III.

„Vesela pușcărie”, așa cum o numește gardianul-șef Frosch amuzat în beția lui, va găzdui deznodământul farsei elaborate de Dr. Falke.

Alfred, deținutul din celula numărul 12, este amuzat de postura sa de arestat și cântă constant, în ciuda avertismentelor repetate ale gardianului. Își face apariția Frank, iar la scurt timp sosesc și surorile Adela și Ida, ce îl caută pe Conte de Chagrin. Adela îi mărturisește lui Frank că nu este artistă, ci doar fată-n casă familiei Eisenstein.

Eisenstein ajunge și el la închisoare, unde se reîntâlnește cu Frank. Conversația dintre cei doi, purtată într-un ton amuzant, relevă treptat situația fiecăruia. Cu toate acestea, Eisenstein este profund intrigat când află că, în locul său, fusese arestat un alt bărbat.

Apariția avocatului Blind, solicitat de către misteriosul deținut din celula 12, îi oferă lui Eisenstein ocazia de a-i lua locul acestuia, în încercarea de a afla adevărul. Intrarea Rosalindei și aducerea lui Alfred în fața avocatului conduc la o confruntare în care toți cei implicați în farsa lui Falke se află, în sfârșit, față în față. Pentru a calma accesele de gelozie ale soțului său, Rosalinda îi prezintă ceasul cu care încercase la bal să cucerească contesă maghiară, demonstrând astfel infidelitatea sa. Cu toate acestea, Eisenstein refuză să recunoască faptul că el este cel care ar fi trebuit să se prezinte la închisoare.

În cele din urmă, Falke și Prințul Orlovski își fac apariția alături de ceilalți invitați ai balului, toți fiind deja la curent cu întreaga intrigă. Adela confirmă că Eisenstein nu este altcineva decât stăpânul său, iar, copleșit de situație, acesta îngenunchează și îi cere iertare soției sale, asigurând-o că se va îndrepta.

Astfel, farsa pusă la cale de Dr. Falke își atinge scopul: „Liliacul” este răzbunat, iar reconcilierea dintre soții Eisenstein este inevitabilă. În același timp, Adela primește sprijinul Prințului Orlovski pentru a-și îndeplini visul de a deveni artistă.