Il professor Casamandrei, insegnante in un liceo bresciano, partecipa come membro della giuria ad un concorso di bellezza dove si innamora di Doriana, anch'essa giurata, e le dichiara il suo amore. Lei non lo corrisponde e per prenderlo in giro si dice disposta a sposarlo solo dopo che lui avrà vinto il Giro d'Italia. Il professore, incapace di andare in bicicletta ma follemente innamorato, è disposto a tutto pur di vincere e conquistare la bella Doriana, fino a quando il suo desiderio di vendere addirittura "l'anima al diavolo" viene colto alla lettera dal vero demonio Filippo Cosmedin, che si adopera in tal senso, proponendo un regolare contratto.

Lo sconosciuto professore, iscrittosi a sorpresa alla corsa rosa, comincia a vincere facilmente tutte le tappe, tra lo stupore di tutti e la rabbia dei numerosi campioni che vi prendono parte. Il patto col diavolo però comporta solo la vittoria al Giro, non certo la vita lunga e felice al fianco di Doriana che il professore aveva sognato: il contratto firmato col sangue infatti prevede che dopo il termine della corsa il demonio potrà subito impadronirsi dell'anima del malcapitato, quindi morte e dannazione immediate.

Il professore, resosi conto della tragica situazione, cerca in tutti i modi di non vincere, anche con l'aiuto della stessa Doriana - che, commossa dalla vicenda del patto col diavolo, finisce per innamorarsi anche lei dell'uomo - , della sorella di lei Gisella, neoeletta Miss Italia e del loro amico giornalista Bruno, ma con scarsi risultati.

Fino alla vigilia dell'ultima tappa la maglia rosa è saldamente in suo possesso. Il giorno dell'ultima tappa Casamandrei sembra ormai rassegnato a vincere e a finire all'Inferno, ma si rivela provvidenziale l'intervento di sua madre, che con uno stratagemma addormenta Cosmedin e fa in modo di sfruttare i poteri soprannaturali di quest'ultimo per far cadere il figlio a pochi metri dal traguardo: le donne, si sa, e in particolare le madri, ne sanno una più del diavolo. Tutto finisce bene: il professore si fidanza con Doriana e Gisella con Bruno, e a Cosmedin, pentito, viene data l'occasione di redimersi lavorando come domestico in casa della signora Casamandrei. Rimane incerto chi fra Coppi e Bartali abbia vinto il Giro. Il film si conclude con la canzone-parodia La maglia rosa su un'aria del Barbiere di Siviglia di Rossini, con Totò che la canta doppiato alternatamente da un baritono e da un soprano.