En Quedlinburg, Alemania, en 1919, Anna, una joven alemana (Paula Beer) que está de duelo por la muerte de su prometido, Frantz Hoffmeister, en la Primera Guerra Mundial, deja flores en su tumba. Al verlas frescas, se da cuenta de que son de Adrien (Pierre Niney), un joven francés al que no conoce. Adrien va a casa de los padres de Frantz, el Dr. Hans y Magda Hoffmeister, pero cuando Hans se entera de que Adrien es francés, le dice que un francés mató a su hijo, culpa a todos los franceses de asesinos y ordena que Adrien se vaya. A lo que Adrien se limita a admitir a Hans "Tienes razón. Soy un asesino".

Mientras tanto, Anna rechaza las inoportunas insinuaciones de un pretendiente mayor, el señor Kreutz, sobre todo porque no puede olvidar a Frantz. Anna ve a Adrien en la tumba y le envía una invitación a la casa de los Hoffmeister. Después de decirle a los Hoffmeister que Adrien estaba dejando flores en la tumba de Frantz, ceden. Adrien les visita y, al preguntarle, les dice que él y Frantz fueron estudiantes juntos en París antes de la guerra. Les cuenta su último día juntos, cuando visitaron el Louvre. Anna lleva a Adrien a los lugares a los que ella y Frantz solían ir juntos, incluida la cima de la montaña donde él le propuso matrimonio. Adrien, cuyo comportamiento les recuerda a Frantz, saca a Anna y a los Hoffmeister de su desesperación. Los Hoffmeister piden a Adrien, que había sido violinista, pero cuyo oído quedó dañado en la guerra, que toque el violín de Frantz para ellos, como solía hacer Frantz. Adrien le pide a Anna que le acompañe al baile local y ella acepta. La aparición de un francés en el baile provoca reacciones negativas de los lugareños, especialmente de Kreutz.

Cada vez más incapaz de mantener la mentira, Adrien confiesa a Anna que mintió al decir que era amigo de Frantz en París antes de la guerra. En realidad, se conocieron como soldados enemigos en el campo de batalla, cara a cara en una trinchera donde Adrien mató a Frantz. Frantz era pacifista y su arma estaba descargada. Adrien encontró la última carta de Frantz a Anna sobre su cuerpo y, atormentado por la culpa, decidió visitar Alemania para buscar el perdón. Anna, desconsolada, dice que se lo contará a los Hoffmeister para que Adrien no lo haga. En realidad, sin embargo, decide que es mejor para ellos permanecer en la ignorancia del papel de Adrien después de haber llegado a quererlo y verlo como una conexión con su hijo perdido. Adrien vuelve a París y Anna se hunde de nuevo en la desesperación, intentando ahogarse. No contesta a las cartas de Adrien y destruye una que éste adjuntó a los Hoffmeister confesando su verdadero papel. Después de ser atendida por los Hoffmeister, Anna recupera poco a poco el ánimo y decide volver a ponerse en contacto con Adrien. Varios meses después, Anna le envía una carta que le es devuelta sin dirección.

Magda Hoffmeister, que había fomentado un romance entre Anna y Adrien, la anima a ir a París a buscarlo. Anna acaba por encontrar a Adrien en la finca de su madre y le perdona, aunque él dice que nunca se perdonará a sí mismo. También descubre que Adrien está a punto de contraer un matrimonio concertado con una amiga de la infancia, Fanny. Anna se da cuenta de que el romance que había imaginado que se desarrollaba entre ella y Adrien estaba en su cabeza; todo lo que él quería de ella era el perdón. Se despide de Adrien en la estación de tren y se marcha. Sigue escribiendo a los Hoffmeister como si ella y Adrien estuvieran juntos. En realidad, está viviendo su propia vida en París, habiendo empezado a vivir de nuevo tras la muerte de Frantz, como éste le dijo en su última carta.

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