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× Acte I
En gare de Menton, Anatole Limace, sous-secrétaire d'Etat aux Réjouissances populaires, sa maîtresse Cri-Cri et Yvette, la fiancée de son fils, attrapent le Vintimille-Paris. Dans ce même train en route pour Nice, deux jeunes gens, Paule et Pierre, installés dans le même compartiment et vêtus d'un accoutrement sommaire (ils sont entièrement nus sous des manteaux), se confient des mésaventures parallèles : un bain de mer naturiste, des vêtements volés, des rendez-vous manqués avec leur famille respective en vue de conclure des mariages. Madame de la Pimprenelle devait présenter à sa nièce Paule son fiancé Candide ; Pierre aurait dû retrouver son père, Anatole Limace, ainsi que sa promise Yvette. Les deux jeunes gens, sans argent et sans billet, tombent sur un contrôleur complaisant et poète. Dans une autre voiture voyage Madame de la Pimprenelle qu'accompagne Candide. Une panne d'électricité ne produit pas les mêmes effets dans les deux compartiments : tandis que l'aristocrate reproche à son futur gendre de ne pas avoir profité de la situation, Paule et Pierre ont trouvé l'occasion de pousser plus loin leur sympathie naissante (quand la lumière se rallume, ils ont échangé leurs manteaux !). Alors que Madame de la Pimprenelle a remarqué le contrôleur, Yvette semble reporter sur le père les sentiments qu'elle n'a pu manifester au fils. À l'arrêt de Monte-Carlo, les personnages se retrouvent sur le quai, chacun cherchant à cacher ce qui a changé sentimentalement depuis le départ.

Acte II
Le train file vers Nice. Madame de la Pimprenelle s'intéresse de plus en plus au contrôleur qui ne la convainc pourtant pas par ses façons. Cri-Cri, lassée de sa liaison avec Anatole, se tourne vers Candide qui entend prouver sa virilité. Un impresario qui vient de constater une défection dans sa troupe propose au contrôleur de reprendre le rôle de François 1er dans Le Roi s'amuse. Le contrôleur introduit Yvette dans le compartiment qu'a quitté Cri-Cri et où se trouve toujours Anatole Limace.
Paule et Pierre ont entre temps revêtu des uniformes d'employés du P.L.M. ; Candide, déçu par Cri-Cri, aborde Paule qui gifle son ancien fiancé trop entreprenant ; c'est au tour de Pierre d'être abordé par Madame de la Pimprenelle ; la jalousie du véritable contrôleur est excitée. Pierre lui arrange un rendez-vous avec celle dont il veut se débarrasser. Toutes ces histoires, jointes à la découverte de leur véritable nom, introduisent une brouille entre Paule et Pierre. La confusion est à son comble à la fin de l'acte. Madame de la Pimprenelle ne trouve du charme au contrôleur que sous les traits de François 1er. A l'arrêt de Nice, chacun feint de descendre de train, afin de régler dans le sens qui lui convient la gestion de ses affaires sentimentales.

Acte III
Bien sûr, chacun se retrouve dans le train qu'une erreur d'aiguillage détourne de Marseille. Le train s'arrête sur un passage à niveau et le contrôleur est chargé de la sécurité. Paule et Pierre ont maintenant revêtu les costumes de Véronique et Florestan. Les interdits familiaux ne peuvent les empêcher de s'aimer, d'autant plus que Yvette est devenue la maîtresse d'Anatole, et que la tante de Paule doit se contenter d'espérer que la situation lui soit plus favorable d'ici Marseille, le contrôleur ayant confondu bien involontairement scène d'amour et signal de détresse. Enfin Candide rentrera lui aussi à Paris avec Cri-Cri.