古时候的南安，有个太守叫杜宝，他有一个女儿叫杜丽娘。丽娘长到十六七岁时，已出落得貌美如花，再加上琴棋书画样样精通，所以父母很是宠爱她。为使女儿成为知书达理的大家闺秀，杜宝特请来落第秀才陈最良，作为丽娘的老师，以伦理道德调教女儿，命丫鬟春香伴读。杜宝和夫人对杜丽娘管教颇为严厉，除了书房和绣楼，不许她迈出院落一步，只许春香陪伴左右，除父亲和老师外，不得与任何男性接触。
老师陈最良是个迂腐的老儒生，对两个女孩子大讲《诗经》里面的“关关雎鸠”没想到圣贤之书，却遭到天真烂漫的春香的无情戏弄。无邪的春香到后花园采摘鲜花时，捕到了两只白蝴蝶，拿到绣房里，引得丽娘春情大发。在春香的带领下，丽娘来到了后花园游园观春。后花园里姹紫嫣红，百花争艳。春鸟之声不绝于耳，蜂飞蝶舞，挑动着春光。湖中碧波荡漾，鱼儿自在畅游。牡丹亭边，假山嶙峋，草木青翠，好一派动人的春色啊！这满园的春色使丽娘眼花缭乱，应接不暇，天天困在绣楼的她，如今像一只逃出牢笼的小鸟，飞翔在自由的天空中。春香回房侍奉老夫人之时，丽娘倦倦地伏在牡丹亭里悄悄地进入了梦乡。
梦中，从柳树后面，走出一位风流倜傥的公子，手中拿着一枝柳枝。他说自己叫柳梦梅，是柳宗元的后人。柳梦梅满目含情，向杜丽娘招手，丽娘欣然走过去，梦梅告诉丽娘，在梦中曾见过丽娘，今日如约前来相见。丽娘满面羞涩，表示也似曾相见。梦梅向丽娘赋诗一首，表达爱慕之心，然后轻挽丽娘转过芍药栏，来到假山石后。梦梅为丽娘宽衣解带，丽娘半推半就，二人云雨一番。
花神见他们恩爱完毕，便飞撒花瓣惊醒二人。梦梅飘然而去，丽娘急唤梦梅，忽从梦中惊醒。春香回到园中，见丽娘在牡丹亭内倦睡，满面娇红，忙扶她进入绣楼。夫人知道此事后，严厉训诫了丽娘，要她严守闺阁之道，下令不准再到后花园去，并禁止春香带小姐出房乱走。丽娘对梦中之事久久不能忘怀，以焚香祷告为名，让春香带自己重游花园，追寻梦中所见之人。因为没有见到柳梦梅，杜丽娘思念过度，从此一病不起。她在弥留之际要求母亲把她葬在花园的梅树下，并嘱咐春香将她的画像藏在太湖石底。丽娘死后，父亲杜宝升迁为淮扬安抚使，一家人便同去淮扬上任。临走，杜宝委托老师陈最良为女儿修建“梅花庵”，令石道姑在庵内主事，命陈最良在园中守坟。
三年后，有岭南才子柳梦梅与其友相约到临安赴试。梦梅在路过南安时患上了伤寒，过独木桥时又不慎失足，落入水中，恰巧被路过的陈最良救起，并让其住进了梅花庵，在那里养病读书。丽娘死后，鬼魂来到冥府，正值胡判官上任，欲收丽娘做妾，丽娘心中只有柳梦梅，不肯服从，胡判官便对其用刑，并把她关入枉死城中。柳梦梅伤寒痊愈后，来后花园散步，在假山石下拾到丽娘自画像，见画上题有诗句：“他年得傍蟾宫客，不在梅边在柳边。”梦梅认出是梦中之人，便把画挂在书房里天天观看，思慕丽娘。梅花庵里的石道姑，又收了徒弟小尼姑。二尼为丽娘的鬼魂祭奠。
冥府中，监察御史早已听说胡判官贪污受贿，便想在冥王前状告胡判官。但胡判官为冥王之妻弟，没有十足证据，不敢轻易揭发。正在这时，遇杜丽娘冤魂一案，御史想借此开刀，经过精心策划，就上书告发胡判官。御史在冥王面前极力称赞丽娘聪慧善良，并说她是为情而死，堪称古今奇人。冥王心动，提审丽娘，见丽娘果然气度不凡，查看生死簿，知丽娘阳寿未尽，便准其诏回阳间。御史趁此机会说出胡判官贪赃枉法，强占民女之事，冥王赐给御史尚方宝剑，令其惩办胡判官的罪行。丽娘接到冥王令牌，准许其到阳间探亲。
丽娘鬼魂便回到南安杜府后花园与心爱的梦梅在梦中多次约会，柳梦梅梦醒后，日夜观看丽娘的自画像，神情变得恍惚，而对丽娘的思念更甚。丽娘鬼魂知道后便来到梅花庵中，再次与梦梅在梦中相会，两人海誓山盟，结拜为夫妻，并行夫妻之礼。梅花庵中凡心大动的小尼姑，多次想与梦梅相会，但都被梦梅拒绝。而对梦梅早已有心的石道姑，更是百般提防小尼姑和梦梅单独接触。丽娘与梦梅每夜相会，欢声笑语、被小尼姑听到，误以为梦梅和石道姑相好。石道姑听到却误以为梦梅是和小尼姑相好，于是，二尼相互提奸。
冥府中，胡判官不死心，无视御史的警告，千方百计想占有丽娘。他令小鬼向梦梅索命，想以此要挟丽娘从命。因此，本不该进冥府的梦梅，却被小鬼锁进了枉死城。丽娘闻知此事非常着急，只好将自己所藏积蓄，向胡判官行贿，换取梦梅阳寿。梦梅还阳后，遵丽娘嘱托，将丽娘墓掘开，开棺见丽娘尸体面目如生，灌了还魂汤后，丽娘还魂复活。陈最良发现丽娘墓被盗，于是连夜赶往准安报告杜宝。此时，金朝完颜亮欲南下夺取临安，封叛将李全为溜金王，作为内应。李全与妻子杨氏商计，先包围淮安再打扬州。淮安告急。
杜宝奉命镇守淮安，让夫人与丫鬟春香乘船回临安。李全紧围淮安，杜宝带兵杀入城内，因兵力不足，陷入围困之中。陈最良到淮安城外被李全捉住，杨氏再设计谋，扬言已杀掉夫人和春香，然后放走陈最良，让他到淮安城内向杜宝报信。陈最良见到杜宝，向他报告夫人和春香被奸人杀害，丽娘坟墓被书生柳梦梅偷盗之事。杜宝命陈最良返回李全营内传达招安之意。陈最良带信给李全，李全接受招安撤军，淮安解围。夫人和春香回到临安，兵荒马乱之中投宿旅店，巧遇丽娘和石道姑，母女相认，抱头痛哭，叙说别后之事。
柳梦梅来到临安，考试日期已过，他在考场门前大哭求情。恰巧主考官是曾资助过他的钦差使臣苗舜宾，知其原因特许他参加考试。柳梦梅考试完毕，受丽娘之托，到淮安看望岳父杜宝，杜宝不认，并以盗墓贼罪名将柳梦梅毒打一顿，发配临安府监候。陈最良因送信有功，被封为黄门奏使宫，因金兵南侵，科举榜迟发，现金兵已退，皇上下诏发，柳梦梅高中状元。报喜人不知新科状元梦梅身在何处，带令寻找柳梦梅。杜宝因退金兵有功，官升平章。柳梦梅强认杜宝为岳父，并告其丽娘已经复活。杜宝不相信，继续拷打柳梦梅，并将其判罪。
正在这时，柳梦梅的老乡带命官找来了，告知柳梦梅已是新科状元。杜宝仍不服，要上告圣上，给柳梦梅治罪。丽娘和母亲也来面圣，万岁上朝，亲自审理杜柳之案。杜丽娘在朝堂之上时而情深一叙，时而慷慨陈词，把因情而死、为情而复生的爱恋讲述得楚楚动人，就连皇上也为之感动。于是皇上主婚，准柳梦梅和杜丽娘结为夫妇，令杜宝认女认婿。杜丽娘和柳梦梅二人终成眷属，一家人欢喜团圆，谢恩受封。
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