Bandika, un pays d'Europe centrale, "l'un des rares coins inexplorés d'Europe" mais soumis à un régime de dictature, une avalanche a bloqué la voie ferrée. Les passagers bloqués sont forcés de passer la nuit à l'auberge "Gasthof Petrus". Il y a là Charters et Caldicott, impatients de savoir ce qui se passe dans leur pays. Leur intérêt n'est pas la situation politique mais le test match de cricket de Manchester auquel ils souhaitent assister aux derniers jours. M. Todhunter, qui espère être bientôt nommé juge, se trouve là aussi avec celle qu'il fait passer pour sa femme. Mais le directeur de l'hôtel privilégie ses clients déjà sur place, Mis Froy, une vieille gouvernante et professeure de musique qui rentre, elle aussi en Angleterre et la touriste anglaise Iris Henderson avec ses deux amies Blanche et Julie. Si bien que le directeur n'a plus à proposer à Charters et Caldicott que de partager la chambre de la bonne, Anna. Celle-ci semble supposer une relation équivoque entre les deux hommes et son manque de gêne (elle vient reprendre ses affaires dans les tiroirs de sa chambre) met un comble à al confusion des deux anglais. D'autant plus qu'ils arrivent trop tard pour manger et doivent se contenter des restes de fromages, généreusement offerts par Miss Froy. Iris doit aussi retourner en Grande-Bretagne pour épouser Lord Charles Fotheringail un "chasseur de chèques à sang bleu",
Durant la nuit, Iris est exaspérée par le bruit qui provient de la chambre de Gilbert Redman qui fait des études -sonores !- sur la musique folklorique. Elle réussit à le faire expulser de sa chambre mais, du coup, il vient s'installer chez elle la forçant à capituler pour que le directeur le réintègre dans sa chambre.
De son ^coté Miss écoute une mélodie interprétée par un chanteur folklorique sous sa fenêtre. A peine sa chanson finie, il est étranglé.
Le lendemain matin, avant de prendre le train, Iris est frappée à la tête par un pot de fleur qui visait apparemment Miss Froy, qui l'aide ensuite à monter dans le train. À la suite de sa blessure, Iris a perdu conscience. Après le départ du train, Iris se réveille dans un compartiment avec Miss Froy et plusieurs inconnus, une baronne et le signor Doppo. Iris rejoint Miss Froy dans la voiture-restaurant pour prendre le thé. Incapable de se faire entendre au-dessus du bruit du train, la vieille dame écrit son nom sur la fenêtre avec son doigt. Peu de temps après, ils regagnent leur compartiment, où Iris s’endort.
Quand Iris se réveille, Miss Froy a disparu. Les étrangers dans son compartiment disent qu'ils ne savent rien d'une dame anglaise. Caldicott et Charters font de même pour ne pas risquer de retarder le train. Même Todhunter, qui a parlé avec Mlle Froy un peu plus tôt, prétend ne pas se souvenir d’elle pour tenter d’éviter tout scandale possible. Iris cherche Miss Froy dans le train mais ne la trouve pas.
Iris rencontre Gilbert, qui accepte d'aider. Le Dr Hartz, chirurgien du cerveau, affirme qu'Iris pourrait souffrir d'hallucinations liées à une commotion cérébrale. Iris se laisserait presque convaincre lorsqu'elle voit de nouveau sur la vitre le nom que Miss Froy avait tracé. Gilbert est lui convaincu quand il voit collé sur la vitre la marque du paquet de thé de Miss Froy dont Iris lui avait parlé
Une autre dame apparaît, habillée exactement comme Miss Froy, mais Iris et Gilbert continuent à chercher. Ils sont attaqués par le signor Doppo qui se révèle être un magicien et qu'ils désarment de son couteau. Ils commencent à soupçonner que la patiente du Dr Hartz, dont le visage est couvert de bandages, est Mlle Froy. Dr Hartz dit à une autre de ses complices, une femme britannique déguisée en religieuse, de droguer Iris et Gilbert. Puis, convaincu qu'ils vont bientôt dormir, Hartz leur avoue qu'il est impliqué dans le complot. La fausse religieuse n'avait pas suivi les instructions de Hartz par loyauté envers ses compatriotes. Gilbert et Iris s'échappent, libèrent Mlle Froy et la remplacent par la femme montée dans le train et qui avait pris sa place.
Lorsque le train s’arrête près de la frontière, le Dr Hartz aiguille une partie du train vers une ligne secondaire où les soldats attendent. Gilbert et Iris informent les passagers de ce qui se passe. Le train s'arrête et un soldat en uniforme demande à tous de l'accompagner. Ils l'assomment et prennent son arme. Un autre soldat tire, blessant Charters à la main et une fusillade commence.
Au cours de la fusillade, Melle Froy révèle à Gilbert et à Iris qu’elle est un agent britannique qui doit transmettre un message au Foreign Office de Whitehall. Le message est codé dans la mélodie folklorique entendue avant le départ. Gilbert mémorise la mélodie. Avec son aide, Mlle Froy se glisse dans la forêt. Todhunter tente de se rendre en agitant un mouchoir blanc et est abattu. Gilbert et Caldicott s'emparent alors de la locomotive et le groupe s'évade de l'autre côté de la frontière.
À Londres, Charters et Caldicott découvrent que le Test Match a été annulé suite à des inondations. Iris saute dans un taxi avec Gilbert afin d'éviter son fiancé et Gilbert l'embrasse. Ils arrivent au Foreign Office, mais Gilbert est incapable de se souvenir de cet air vital. Puis ils entendent la mélodie au piano; c'est Miss Froy, heureuse de les revoir.
Une femme disparait oscille habilement entre humour et suspense. La drolerie, souvent pleine d'allusions piquantes (le couple masculin Caldicott-Charters) prend même à l'occasion des allures de farce discrète (exclusion et intrusion de Gilbert, la répétition de la bourrée, bataille avec le magicien). Côté suspens une solide énigme d'espionnage. Trouvaille des verres géants pour la scène de "l'administration du sédatif".