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Annie Oakley (Betty Hutton), jeune fille extrêmement douée avec sa carabine, est remarquée par Buffalo Bill (Louis Calhern) et intègre le Wild West Show. Pour le spectacle elle est confrontée à Frank E. Butler (en) (Howard Keel), la star du tir à qui elle vole rapidement la vedette. Malgré la rivalité professionnelle, une histoire d'amour naît entre les deux tireurs.
Le tournage commença avec Judy Garland dans le rôle d'Annie, Frank Morgan dans le rôle de Buffalo Bill et Busby Berkeley à la réalisation. Busby Berkeley renonça devant les absences répétées de Judy Garland pour maladie. Il fut remplacé par Charles Walters, viré au bout de quelques semaines au profit de George Sidney. Quant à Frank Morgan, il mourut subitement après avoir tourné sa scène d'ouverture.