Le film commence sur une projection des dernières minutes de Red Is Dead, un film d’horreur nanardesque dans lequel un tueur en série communiste tue ses victimes à la faucille et au marteau, à l’occasion du premier jour du festival de Cannes. Lorsque le générique de fin apparaît, tout le monde a déjà quitté la salle au grand désespoir d’Odile Deray, l’attachée de presse, qui essaie de retenir un dernier critique de cinéma en lui suppliant d’écrire un bon papier mais celui-ci refuse car ce film « est une merde ». Alors qu’Odile quitte le cinéma dépitée, le projectionniste du film est assassiné par un tueur en série de la même façon que dans le film.

Le deuxième jour du festival, Odile réalise que le meurtre pourrait assurer une bonne publicité à son film, elle décide alors de ramener l’acteur principal du film à Cannes et d’embaucher un garde du corps. À l’aéroport de Nice, Odile rencontre son garde du corps, Serge Karamazov, et l’acteur du film Simon Jérémi. Alors qu’Odile retourne à la salle de projection et que Serge et Simon s’installent à l’hôtel Martinez, le nouveau projectionniste est assassiné. Odile découvre le corps et appelle la police, le commissaire Bialès est alors dépêché sur place. À son arrivée, il s’interroge sur le sens des lettres tracées sur le mur après chaque meurtre, un O et un D. Odile est amenée au commissariat pour y être interrogée. Alors que Bialès fait part à Odile qu’il soupçonne les meurtres d’être une cascade publicitaire pour le film, un enquêteur l’informe qu’ils ont trouvé un bout de tissu sur le lieu du crime.

Le troisième jour, une conférence de presse au sujet du film, très importante selon Odile, a lieu. Simon Jérémi est présent pour répondre aux questions après la projection et Serge Karamazov est chargé de protéger le projectionniste. Serge souffre néanmoins d’une indigestion et est contraint de s’absenter aux toilettes. Sur le chemin, il rencontre une vieille connaissance et se met à discuter. Pendant ce temps, le tueur élimine le projectionniste et s’enfuit sous les yeux de Serge qui se met à sa poursuite. Un interlude placé au milieu de la course-poursuite montre une scène à Vera Cruz où une femme achète un légume chez son épicier. Serge, qui n’a pas pu aller aux toilettes, a du mal à rattraper le tueur et finit par le perdre de vue, stoppé par un groupe de mimes protestant contre le cinéma parlant et par l’éclatement d’une de ses chaussures à la manière d’un pneumatique.

En trois jours et trois meurtres, le film est devenu le film phare du festival de Cannes et les producteurs du monde entier se le disputent. Le soir du quatrième jour, Odile dîne avec le commissaire Bialès, une tension sexuelle s’installe vite entre eux et la soirée se poursuit à l’appartement du commissaire. Cela donne l’occasion à une des répliques les plus connues du film : Bialès : -« Vous voulez un whisky », Odile : -« Oh, juste un doigt », Bialès : « Vous voulez pas un whisky d’abord ? ». Pendant ce temps, Simon retrouve Serge complètement ivre dans une boîte de nuit où ce dernier lui avoue qu’il est vexé de ne pas réussir à séduire Odile alors qu’il a couché avec tous les autres clients qu’il a escortés. À l’appartement de Bialès, Odile et le commissaire viennent de faire l’amour lorsqu’Odile découvre accidentellement le costume du tueur dans la garde-robe de Bialès. Odile s’enfuit retrouver Serge dans la boîte de nuit pour lui annoncer sa découverte mais celui-ci, toujours ivre, l’assomme rageusement dès qu’elle ouvre la bouche. Pendant ce temps, dans une scène bruitée à la bouche, un autre projectionniste est assassiné.

Le cinquième jour, au restaurant de l’hôtel, Odile explique à Simon et à Serge qu’elle a trouvé un nouveau projectionniste. Serge s’interroge sur la signification des lettres retrouvées sur chaque meurtre, O, D, I et L, et conclut qu’il s’agit d’un tueur en série. Son explication est interrompue par l’arrivée du nouveau projectionniste, Émile Gravier, un ancien collègue d’Odile. Le soir, Odile, Simon, Serge et Émile arrivent en limousine et s’apprêtent à monter les fameuses marches du festival de Cannes. Odile propose un chewing-gum à Émile, ce qui lui rappelle une scène similaire en flashback, où Odile oublia son dîner prévu avec Émile, secrètement amoureux d’elle. Les quatre compères montent les marches lorsque Jean-Paul Martoni, un politicien suspecté du meurtre d’un député, est reconnu sur les marches et sort une arme pour s’engouffrer dans le palais des Festivals et des Congrès. Alors qu’il gravit les marches, Émile s’évanouit sous l’effet du stress.

Alors qu’Odile panique de ne plus avoir de projectionniste, Simon se propose pour projeter Red is Dead (il voulait devenir projectionniste mais son père a voulu qu’il touche au cinéma en tant qu’acteur). Tandis que Simon prépare le film, Odile demande à Serge de faire patienter le public. Serge commence alors un numéro de danse improvisé de Carioca, rapidement accompagné par le commissaire Bialès qui adore cette chanson. Finalement, le film peut démarrer et le duo quitte la scène sous les applaudissements. Bialès part à la recherche de Martoni. Dans la salle de projection, Simon est attaqué par Émile qui lui révèle avoir accompli tous les meurtres afin d’attirer l’attention d’Odile. Pendant leur combat, Émile heurte le projecteur et lance par inadvertance la dernière bobine. Horrifiée, Odile ordonne à Serge d’aller voir ce qui se passe. Arrivé dans la salle de projection, Serge se rue sur Simon, pensant qu’il est le tueur, laissant Émile s’enfuir. À peine ont-ils le temps de partir à sa poursuite qu’ils découvrent Émile attrapé par une tapette à souris géante installée par Serge.

Odile, la police et Bialès arrivent sur place et prennent conscience de la situation. Odile questionne alors le commissaire sur le costume de tueur dans sa garde-robe mais l’explication de celui-ci est couverte par la musique de fond. Soudain, Martoni surgit et prend Odile en otage. Après avoir tiré dans les genoux de Bialès, Martoni est assommé par Émile qui est parvenu à se libérer du piège à souris. Odile remercie Émile mais celui-ci est abattu par Martoni. Alors qu’il agonise, Émile déclare son amour à Odile qui lui offre un chewing-gum. Martoni est arrêté et Simon lui vomit dessus de joie. Bialès est conduit aux urgences. Il rassure Odile en lui affirmant qu’il pourra de nouveau marcher mais elle le rabroue en lui disant que c’est pour le film qu’elle s’inquiète. Odile retrouve alors Serge et Simon pour dîner ensemble. En partant, Serge s’interroge une dernière fois sur la signification des lettres retrouvées sur les meurtres : O, D, I et L.