Un jeune recordman de l'aviation civile, André Jurieux, atterrit au Bourget après un raid au-dessus de l'Atlantique. La foule l'ovationne, mais celle qu'il aime n'est pas là pour l'attendre : il s'agit de la marquise Christine de La Chesnaye, une femme du monde avec laquelle il a eu une liaison platonique. De désespoir, il tente de se tuer en voiture. Dans l'espoir d'arranger les choses, son ami Octave, un sympathique parasite qui fréquente les La Chesnaye, le fait inviter à une partie de chasse que ceux-ci donnent dans leur propriété de Sologne, à La Colinière. Les terres sont surveillées par un ombrageux garde-chasse, Schumacher, qui a surpris en flagrant délit de braconnage son vieil ennemi Marceau. Le marquis amusé prend ce dernier à son service.

L'histoire se déroule en pleine guerre froide. Le général américain Jack D. Ripper, frappé de folie paranoïaque, décide d’envoyer des B-52 frapper l’URSS . Le président des États-Unis commande une réunion d'urgence dans la salle souterraine de commandement stratégique pour tenter d'éviter une guerre nucléaire. Un débat s’engage alors entre les tenants des différentes options politiques et militaires qui s’offrent au président. La seule possibilité pour éviter un conflit majeur, est de fournir aux Soviétiques les positions des avions, afin qu’ils les détruisent. Certains sont abattus et les autres sont rappelés, sauf un. L’ambassadeur de l’URSS, convoqué afin de témoigner de la bonne foi du président américain, mentionne l’existence d’un système secret de défense qui déclencherait l’holocauste nucléaire en cas d’attaque contre l’URSS. Ledit système secret de défense porte le nom de La Machine infernale. On consulte alors le Docteur Folamour, un scientifique, transfuge du régime nazi, nostalgique et psychopathe. Il explique alors une solution possible pour sauver l'espèce humaine. Pendant ce temps, l’équipage du B-52 mène sa mission vers son terme, certain du bien-fondé de l’ordre qu’il a reçu, malgré toutes les difficultés qu’il ne manque pas de rencontrer.

Hiver 1944. Dans Rome déclarée "ville ouverte", se joue l'un des derniers drames de la Résistance italienne. L'ingénieur Giorgio Manfredi, traqué par les Allemands, se réfugie chez son ami Francesco typographe de la presse clandestine, qui est sur le point d'épouser une jeune veuve, Anna, mère d'un résistant en herbe. Anna met en contact Manfredi et le curé de la paroisse, Don Pietro qui accepte une mission périlleuse auprès des partisans : un transfert de fonds. Prévenus par Marina, la maîtresse de Manfredi (une danseuse de music-hall aliénée par la drogue), les Allemands cernent le quartier et capturent Francesco ainsi que quelques-uns de ses camarades. Ils seront bientôt libérés par d'autres patriotes, mais Anna est abattue. Don Pietro et Manfredi sont arrêtés par les SS. et interrogés par un colonel dont la cruauté polie confine au sadisme. Soumis à la torture, l'ingénieur garde le silence. Et meurt. Le prêtre est fusillé.

Mamma Roma est une prostituée romaine. Lorsque l’homme qu’elle a aimé et qui l’a réduite à sa condition se marie avec une paysanne, elle décide de se retirer pour un honnête emploi de maraîchère. Malgré l’insatiable appétit de son ancien souteneur, elle a pu mettre assez d’argent de côté pour reprendre auprès d’elle Ettore, son fils de 16 ans abandonné aux soins d’un pensionnat depuis sa naissance, et investir dans un appartement d’une banlieue neuve de Rome. Nouveau métier, nouveau quartier… nouvelle vie ?