Das kaiserliche Wien zur Faschingszeit um 1900. Der aristokratisch residierende Georg von Dannhauser (Paul Hörbiger) ist dereinst auf Betreiben seines niederösterreichischen Freunds Paul Hollinger (Will Dohm) von einer Zirkusreiterin, die Paul bei Georg als Gräfin etikettiert hatte, auf dem gesellschaftlichen Parkett der k.u.k.-Hauptstadt vorgeführt worden. Seither sinnt Georg, genannt Schorschl, auf Revanche und möchte sich mit seinem Gspusi, einer Balletttänzerin namens Mizzi, zu einem Tête-à-tête diskret auf dem Opernball treffen. Bei Telefongesprächen mit Mizzi nennt er diese zur Tarnung "Dr. Hiblinger", doch Schorschls Frau Elisabeth (Marte Harell in ihrem Filmdebüt) hat längst Lunte gerochen und ahnt, dass sich dahinter ein weibliches Wesen verbirgt. Sie möchte ihn auf die Probe stellen. Hierzu scheint ihr der Besuch des gemütlichen Paul und seiner Gattin Helene (Heli Finkenzeller), die wiederum beste Freundin von Elisabeth ist, geeignet. Paul, der früher einmal für Elisabeth geschwärmt hat, möchte sich in Wien auch auf dem Opernball amüsieren und hat die Reise gegenüber Helene mit einem Nähmaschinengeschäft legitimiert. Er bekommt von seinem auf Revanche sinnenden Freund Schorschl ein Opernball-Rendezvous mit einer Aristokratin in Aussicht gestellt. Paul weiß nicht, dass diese "Aristokratin" Dannhausers Hausmädchen Hanni (Fita Benkhoff) sein soll, die ihren "gnädigen Herrn" Dannhauser verehrt. Der Hausdiener Philipp (Theo Lingen), der sich Hoffnungen auf Hanni macht, die ihn jedoch nur als "Reserve" ansieht, reagiert eifersüchtig.
Dannhauser instruiert Hanni, getarnt als französische Aristokratin in einem neuen rosa Domino-Maskenmantel, den ungeduldig auf ein Rendezvous sinnenden Paul zu narren. Hanni erhält von Schorschl den noch ungetragenen, mit einer gestickten Blume gekennzeichneten Domino-Mantel, den sie aber heimlich gegen den älteren, mit einem Schmetterling bestickten rosa Domino ihrer Herrin austauscht, der ihr nobler und damenhafter vorkommt. Hanni möchte nämlich insgeheim lieber mit dem gertenschlanken Schlagerkomponisten Willi Stelzer (wiederum eine "alte Flamme" Helenes) als dem properen Hollinger ausgehen und steckt Stelzer, der nachmittags zur Tee-Gesellschaft bei Dannhausers zu Gast ist, die geheimnisvolle "Rosa Domino"-Einladung zu. Elisabeth und Helene schicken nun ihren Ehemännern fingierte Rendezvous-Offerten - zur Tarnung mit der Handschrift der jeweils anderen - von geheimnisvollen Damen, die an ihrer "rosa Domino"-Ballkleidung zu erkennen wären. Schorschl erhält also zu seiner Verwunderung auch eine Einladung zum Rendezvous mit einem "rosa Domino", die Helene in Elisabeths Auftrag geschrieben hat. Da ihn Diener Philipp vor der möglichen Finte der Ehefrauen warnt, ist er sich unschlüssig, wie er in der Oper sein diskretes Rendezvous mit Mizzi in die Tat umsetzen soll. Er entscheidet sich, das Spiel seiner Frau mitzumachen und zum Schein den Abenteurer zu spielen.Um ihr aber später seine Treue zu beweisen, näht er in den Original-Domino seiner Frau flugs eine Nachricht, dass er von Elisabeths Finte wusste, ihr aber den Spaß nicht verderben wollte. Die Hoffnung auf ein eventuell späteres Tête-à-tête mit Mizzi möchte er aber noch nicht begraben, daher soll sein betagter Onkel Eduard zunächst bis 5 Uhr früh Mizzi in einem Séparée der Oper die Zeit vertreiben. Der von seiner Frau, einer wahren Beißzange, streng bewachte Onkel aus Graz ist unter dem Vorwand, einen Spezialisten aufsuchen zu wollen, nach Wien gekommen, um sich - wen würde es überraschen? - ebenfalls auf dem Opernball zu amüsieren. Hollinger erhält also statt des (bei Stelzer gelandeten) Briefes von Hanni einen von Elisabeth, mit dem sie ihn als geheimnisvolle Prinzessin ebenfalls auf den Opernball lockt. Paul lässt sich sodann auf Rat von Schorschl (der glaubt, Paul hätte verabredungsgemäß Hannis Brief bekommen) mit einem fingierten Telegramm zu seiner Firma nach St. Pölten kurzfristig abberufen, um sich ungestört auf dem Opernball mit der von ihm erwarteten Prinzessin zu amüsieren. Elisabeth möchte ihren dienstbaren Geistern Hanni und Philipp am Abend frei geben, da diese die "Domino"-Finten von ihr und Helene nicht mitbekommen sollen. Somit gibt sie ihnen frei für einen gemeinsamen Abend. Hanni erzählt dies Dannhauser, der natürlich nicht zulassen kann, dass Hanni den Abend mit Philipp verbringt, da er Hanni ja als geheimnisvolle "Prinzessin" für Paul braucht. Um Philipp den Ausgang zu verwehren und Hanni somit für seine Mission den Rücken frei zu halten, lässt Dannhauser die Ziervögel aus der Volière im Wintergarten und befiehlt Philipp, nicht eher zu Bett zu gehen, bis der letzte Vogel eingefangen ist.
In den eleganten Séparées der Oper betätigt sich derweil der Oberkellner Hansi Hatschek (Hans Moser) als Strippenzieher und Katastrophenverhinderer. Die mit den Masken-Dominos verkleideten Ehefrauen Helene und Elisabeth sehen ihre Ehemänner. Da Helene sich schlecht stimmlich verstellen kann, tauschen für ihre Aktion die Männer und Elisabeth schnappt sich Paul. Helene nähert sich Schorschl, doch der lässt sie abblitzen, da er auf den "Domino" mit dem eingestickten Schmetterling wartet, welcher - in Person seines maskierten Hausmädchens Hanni - erscheint. Der arglose Paul denkt, dass die maskierte Elisabeth im (falschen) rosa "Domino" mit der Blume die mysteriöse Aristokratin ist, doch er hat Gewissensbisse gegenüber seiner Frau und zeigt sich zunächst gehemmt. Der Komponist Willi Stelzer, mit Hannis fingiertem Brief in die Oper gelockt, trifft dort die von ihm verehrte Helene, die sich auch mit einem "Domino"-Mantel maskiert hat, von ihm aber erkannt und in neu entflammter Zuneigung umgarnt wird, während Schorschl die dick auftragende "französische Aristokratin", vorgetäuscht von Hanni im rosa "Domino" seiner Gattin, für seine Frau hält.
Schorschls Gspusi Mizzi, die nebenbei im Ballett tanzt, ist an diesem Abend alleinige Gesellschafterin des unermüdlich dem Champagner zusprechenden Onkel Eduard, der sich als Vertreter Schorschls ausgibt. Doch selbst der von Schorschl bestochene, aber nicht unmoralische Séparée-Kellner Hansi schafft es nicht, Mizzi und Onkel Eduard in den Séparées festzuhalten. Das ungleiche Paar verlässt als erstes die Oper. Schorschl flirtet derweil heftig mit dem geschickt maskierten Hausmädchen Hanni, die er angesichts des echten rosa "Domino" aber für Elisabeth hält. Erst später entdeckt Schorschl entsetzt, dass im "Domino" seiner Frau die für ihn schwärmende Hanni steckt. Der gehemmte Paul bekommt derweil in Schorschls Auftrag von dem listigen Oberkellner Hansi reichlich Tokajer in den Champagner geschüttet, um ihn liebestoll zu machen. Nachdem Elisabeth sieht, wie die enthemmte Hanni (von der sie aber glaubt, es sei Helene) Schorschl küsst, gestattet sie Paul im Gegenzug, sie zu küssen, was wiederum von der tatsächlichen Helene mit Entsetzen beobachtet wird. Paul weiß immer noch nicht, wer seine Gespielin ist. Die entsetzte Helene, die ihre Ehe in Trümmern wähnt, vertraut sich dem Komponisten Willi an, der wiederum Morgenluft für seine alte Leidenschaft wittert. Als Schorschl merkt, dass er nicht mit seiner Frau, sondern seinem Stubenmädchen geflirtet hat, kündigt er ihr auf der Stelle und öffnet dem Oberkellner Hansi, der die maskierte Elisabeth für ein verkleidetes Stubenmädchen gehalten hatte, die Augen. Elisabeth und Paul wollen noch in einer Nachtrevue weiterfeiern, doch Paul ist von dem Tokajer für weitere Leidenschaften außer Gefecht gesetzt. Nicht müde zu kriegen ist derweil Onkel Eduard, der mit spontan gekauften Fiaker-Rössern noch Mizzi nach diversen glanzvollen Stationen des Wiener Nachtlebens auf den Kahlenberg führen möchte, doch Mizzi sucht derweil mit einem Schlagersänger, der ein Freund Stelzers ist, das Weite. Der von Oberkellner Hansi und dem übernächtigten Vogelfänger Philipp ausfindig gemachte Onkel Eduard landet jedoch zur Erfrischung im streng nach Männlein und Weiblein getrennten "Esterházy"-Bad, wo der schlafende Paul auf dem Wasser ruht und Hansi und Philipp den Nichtschwimmer Eduard aus dem Damen-Schwimmbecken retten müssen, während Schorschl Paul die Augen öffnet, dass sich hinter dem rosa "Domino", den er letzte Nacht geküsst hat, Elisabeth befand. Paul ist entsetzt und zeigt sich bereit, sich mit Schorschl zu duellieren. Während die geläuterte Hanni reumütig zu ihrer "Reserve" Philipp zurückkehrt, fordert Schorschl Paul auf, einen Duellierarzt zu engagieren. Die in Eifersucht zerstrittenen Freundinnen Elisabeth und Helene geraten hierüber in Panik und versöhnen sich unter Tränen. Vor dem Duell wollen die männlichen Kontrahenten noch an getrennten Tischen im Hotel Sacher zu Mittag essen, als der Duellierarzt, welcher tatsächlich Dr. Hiblinger heißt, auftaucht. Helene und Hansi, der dort ebenfalls als Oberkellner aktiv ist, bringen Paul dazu, auf das Duell zu verzichten. Da Hansi sich nicht "die besten Gäste wegschießen lassen" möchte, restaurieren sich die angestammten bzw. angedachten Paarungen und auf wiederhergestellte Harmonie kann launig mit Champagner angestoßen werden.
Die gleichnamige Richard Heuberger-Operette diente hier als Vorlage für Drehbuchroutinier Ernst Marischka. Heuberger komponierte auch das im Film der Figur Stelzer zugeschriebene Operettenlied "Im Chambre Séparée". Nicht zuletzt durch die Ansiedlung der Handlung in der Belle Epoque vermied man angesichts des 1938 erfolgten "Anschlusses" Österreichs an das Deutsche Reich spürbar jegliche politische Anspielung und schuf ein unbeschwertes Unterhaltungsstück in wenig friedfertiger Zeit.
"Opernball" ist eine raffinierte Hommage an die glänzende Stadt Wien mit ihren Konzerten und Bällen, dem frohen und genussreichen Leben der Gesellschaft. Die geschmackvollen Kulissen und eleganten Roben stiften Ambiance. Ausstattung und Tanzszenen können als effektvoll bezeichnet werden. Hans Mosers Rolle, die erst weit nach der ersten halben Stunde des Films zum Tragen kommt, ist hier weniger dominierend, sondern ist hier eher verbindender Art, moderierend zwischen den Akteuren. Charakterkomiker Moser, dessen jüdische Frau auf Druck der Nazis Österreich verlassen musste, trägt hier abermals keine äußerliche Lächerlichkeit zur Schau, sondern seine verwurzelte Kauzigkeit und sein Wiener Nuscheln. Hinsichtlich der 1940 vollzogenen Überführung sämtlicher Wiener Kulturinstitute in die Reichsverwaltung ist der apolitisch angelegte Film ein vorweggenommenes Dokument der Einbuße der kulturellen Souveränität Österreichs. Amüsant am Rande sind die Seitenhiebe auf das Misstrauen in das aufkommende mobile Zeitalter, als die Kleinstädter, die es nach Wien verschlug, einem Automobil noch weniger trauten als einem Fiaker.