Đào, phở và piano lấy bối cảnh trận Hà Nội 1946, vào những ngày cuối cùng của cuộc chiến trước khi quân Việt Minh rút lui lên Việt Bắc. Ngày 17 tháng 2 năm 1947, tại một chiến lũy bên trong khu phố cổ Liên khu phố 1, các dân quân tự vệ của Trung đoàn Thủ Đô phải chống chọi với một cuộc tấn công bằng xe tăng và súng hiện đại của lính Pháp. Họ đã đáp trả bằng vũ khí thô sơ như lựu đạn và pháo tép, tạm thời cầm chân quân địch để những người còn lại triệt thoái. Văn Dân là một dân quân nằm trong số đó. Với lòng nhiệt thành cách mạng, anh không ngần ngại đăng ký đơn làm cảm tử quân cho Việt Minh. Sau khi trận chiến kết thúc, khu phố cổ chỉ còn lại một đống hoang tàn đổ nát. Ông họa sĩ trong đoàn được giao vẽ cờ đỏ sao vàng lên những tấm vải trắng để khâm liệm, làm nghi thức tang lễ cho các chiến sĩ đã nằm xuống tại đây. Điều này cũng khiến ông hết màu đỏ để tiếp tục vẽ tranh. Trong khi đó, những quân lính đang thu thập thêm vũ khí chuẩn bị rời đi. Văn Dân, khi bị chê trách vô dụng vì hôm qua đánh hỏng một quả lựu đạn, đã tự ái xin phép đến xưởng quân giới để lấy thêm vũ khí.

Trong lúc trên đường tìm đạn dược ngoài thành, Dân đã bị phát hiện bởi một toán lính Pháp. Họ vây lại đuổi theo khiến anh chạy lên dãy mái nhà rồi thụt xuống căn nhà của một cặp vợ chồng bán phở, trong lúc cả hai đang ráo riết dọn đồ đi. Thấy sự có mặt của lính kháng chiến, hai người không trách móc Dân mà còn muốn nán lại mời anh một bát phở, với điều kiện anh phải đi tìm hành thơm về cho họ. Cùng lúc đó, cậu bé đánh giày – một đồng chí nhỏ tuổi có ham muốn làm cách mạng – đã lẻn vào khu phố người Pháp và vào nhà của me-xừ[b] Phán, một trí thức tư sản yêu nước. Cậu bé kể lại cho me-xừ Phán tình hình chiến trận ở ngoài khu phố Pháp, khiến Phán vô cùng thất vọng với chính quyền thuộc địa và nuôi ý định trốn lên Việt Bắc cùng với hai cô đào của mình. Sau đó, Văn Dân và cậu bé đã gặp nhau; cậu bé dẫn đường tắt cho Dân đến kho vũ khí ngoài Nhật Tân. Tuy xưởng vũ khí bị tàn phá nặng nề, nhưng nhờ một người lính già còn trú lại tại đây, hai người đã thu thập được một quả lựu đạn cùng một cành đào, một rổ hành thơm và háo hức trên đường trở về.

Thục Hương – một tiểu thư Công giáo gốc Hà thành, người yêu Văn Dân – đã lạc cha mẹ trên đường tản cư, quyết định trở lại căn nhà bị tàn phá của mình bên trong thành lũy quân Việt Minh. Thục Hương viện cớ muốn lấy lại bộ đàn piano quý giá còn sót lại, nhưng thực chất cô quay về đây là để gặp người mình yêu. Phía dân quân ban đầu đã nghi ngờ cô là gián điệp cài vào. Nhờ vào sự xác nhận của ông họa sĩ và kỹ năng sơ cứu của mình, Thục Hương được giữ lại phục vụ cho cách mạng. Tuy nhiên, bộ piano giá trị của cô khi đang được kéo xuống đã phải chịu sự bắn phá bất ngờ của quân Pháp và vỡ tan trên nền đất.

Tối đến, Văn Dân được me-xừ Phán cho mượn đồ âu phục để giả dạng làm người trong khu phố, giúp đưa về chiến khu. Trong quá trình di chuyển, xe của Phán phải chịu một cuộc rượt đuổi bởi quân lính Pháp muốn bắt lại, nhưng Phán đã thành công cắt đuôi. Văn Dân được thả xuống chỗ chiến lũy, anh đi vào và phát hiện ra đồng đội mình nhận lệnh báo sớm đã rút hết lên Việt Bắc. Tại đây, chỉ còn ông họa sĩ ở lại để nhang khói cho các liệt sĩ còn trong đống đổ nát. Dân thất vọng khi biết mình bị bỏ lại, và cũng biết rằng cô người yêu đã không chờ đợi mình. Thục Hương lúc này bất ngờ xuất hiện; vì tin Dân sẽ trở lại nên trong lúc mọi người đang lên thuyền rời đi, cô nhất quyết bỏ về thành gặp người mình yêu. Trong niềm hân hoan hạnh phúc, được sự yêu cầu của ông họa sĩ, Dân và Hương quyết định cưới nhau. Vị cha xứ trong nhà thờ của khu phố Pháp đã nhận lời đến làm lễ thành hôn cho hai người, rồi cả hai trải qua đêm tân hôn mặn nồng. Vì không thể trở về nhà thờ, cha xứ quyết định ở lại một đêm với ông họa sĩ, cùng vẽ nên bức tranh trên tường. Cha xứ đã trích máu của mình ra giúp ông họa sĩ vẽ nốt hình cờ đỏ sao vàng.

Cậu bé đánh giày lúc này đang ở nhà ông bà bán phở để thưởng thức bát phở bò nóng hổi, nhưng vì một lời trêu đùa của ông bán phở nên cậu bỏ đi không ăn phở nữa. Cậu vào khu phố người Pháp để làm tiếp công việc và bị một sĩ quan Pháp phát hiện là người Việt Minh. Cậu bé đánh giày bỏ trốn nhưng nhanh chóng bị bắn gục khi chạy lên một triền cỏ trên rừng. Trong khi me-xừ Phán cùng hai cô đào đang chạy thục mạng trong rừng để trốn khỏi quân Pháp, họ đã nhìn thấy cậu bé còn thoi thóp ở góc rừng. Không may, quân lính nhanh chóng phát hiện cả ba; một cô đào bị bắt lại và bị cưỡng hiếp bởi lính Pháp. Cậu bé, cùng với me-xừ Phán và hai cô đào, sau cùng đã thành công chạy thoát lên một chiếc thuyền dần trôi khỏi Hà Nội đến chiến khu.

Ngày 18 tháng 2 năm 1947, khi trời bắt đầu tờ mờ sáng, Văn Dân lấy thuốc nổ từ lựu đạn cho vào bom ba càng để phục kích quân địch trận cuối, thể hiện tinh thần không chịu khuất phục của Việt Minh. Thục Hương muốn thuyết phục anh cùng cô lên quê nhà ở Nam Định nhưng không thành. Xe tăng Pháp khi này đã tràn vào thành và phá hủy những thứ sót lại. Cha xứ, ông họa sĩ và ông bán phở bị giết chết trên đường quân Pháp đi vào. Văn Dân xông thẳng về phía địch, lấy bom ba càng định lao tới xe tăng nhưng bị vụ nổ hất văng ra, làm anh mù điếc cả tai mắt. Khi đang tìm cây bom, Dân phát hiện bản thân đã bị bao vây và rồi anh bị xe tăng địch cán chết. Kết thúc phim, Thục Hương, sau khi chứng kiến mọi chuyện xảy ra, đã cầm cây bom ba càng từ trên toa tàu điện nhảy xuống, thành công kích nổ chiếc xe tăng đang tiến sâu vào bên trong thành.