Lors d'un concours national de chant a cappella, un groupe féminin de l'Université de Barden, les Bellas, se produit. Tout se passe bien jusqu'à ce qu'Aubrey Posen, chanteuse soliste du groupe, vomisse sur scène pendant son solo. Elles sont publiquement humiliées, et perdent ainsi toute chance de victoire. Quatre mois plus tard, Beca Mitchell arrive à l'Université de Barden, en tant qu'étudiante de première année. Elle ne veut pas vraiment y aller, mais elle y est forcée par son père, un professeur d'université, avec qui Beca a une relation tendue. Elle souhaite faire une carrière de DJ, et passe son temps à faire des mix de chansons. Elle obtient un stage à la station de radio de l'école, rencontrant ainsi un autre étudiant de première année, Jesse Swanson, qui se sent immédiatement attiré par Beca.
Quand le père de Beca apprend qu'elle n'assiste pas aux cours, il va la voir avec une proposition : si elle rejoint un club de l'école, et ne veut toujours pas rester à l'université au bout d'un an, il lui permettra d'abandonner ses études et il paiera pour que Beca puisse suivre sa carrière musicale à Los Angeles. Un jour, alors que Beca chante sous sa douche, elle est repérée par Chloé Beale, co-leader des Bellas avec Aubrey, qui lui demande de passer l'audition de chant. Beca finit par rejoindre à contre-cœur les Bellas. Aubrey, d'abord rétive à admettre Beca dans le groupe, finit par l'engager, convaincue par le talent de Beca, et aussi en raison d'une pénurie de membres dans leur groupe. Parallèlement, Jesse est pris dans le groupe des Troubadurs (VQ : Treblemakers), le groupe ennemi des Bellas.
Les Bellas participent à la compétition régionale universitaire du sud-est de la Caroline, où, sous le commandement d'Aubrey, elles exécutent leur mash-up des Bellas, comme à la finale de l'année précédente. Malgré leur vieille liste de chansons, les Bellas réussissent à atteindre la deuxième place, se qualifiant pour les demi-finales avec les Troubadurs qui sont premiers. Une bagarre brève après la compétition mène à l'arrestation de Beca par la police. Jesse, le seul qui est resté pendant son arrestation, paie sa caution et appelle son père, pensant aider Beca. Ce dernier dit alors à Beca qu'il ne veut plus payer pour le voyage à Los Angeles qu'elle souhaite effectuer pour sa carrière. Ceci exaspère Beca, qui retourne sa colère contre Jesse. Plus tard, Beca suggère aux Bellas d'essayer d'être plus audacieuses, mais Aubrey insiste pour qu'elles gagnent avec le même répertoire que le groupe utilise depuis toujours.
Aux demi-finales, Beca improvise un chorus d'une de ses chansons favorites, en l'intégrant dans le mash-up des Bellas, afin de raviver l'intérêt du public qui commençait à se démobiliser en les écoutant. Les Bellas décrochent la troisième place derrière les Troubadurs et les Haut de Gamme. Bien que le public ait semblé aimer le remix de Beca, Aubrey se met en colère contre Beca, l'accusant même de sortir avec Jesse et donc de ne pas respecter le règlement de leur groupe. Après une brève dispute avec Jesse où Beca lui dit qu'elle en a marre de lui, Beca abandonne le groupe. Quand les Haut de Gamme sont disqualifiés de la compétition nationale car le chanteur principal n'était qu'au lycée, les Bellas sont appelées pour les remplacer. Elles se reforment après les vacances de printemps, mais sans Beca. Pendant les répétitions, Chloé s'élève contre l'obstination d'Aubrey. Le groupe commence à se désagréger, et une bagarre survient. En même temps, Beca tente de faire ses excuses à Jesse, mais il les refuse. Beca vient alors présenter ses excuses aux Bellas à propos de ses actions pendant les demi-finales et demande si elle peut avoir une autre chance, ce qu'Aubrey accepte finalement. Après avoir eu une conversation intime entre elles, les Bellas décident d'adopter le style de musique plus moderne et original de Beca. En attendant, le leader des Troubadurs, Bumper, lâche son groupe pour aller à Los Angeles, afin d'être choriste pour John Mayer. Une fois Bumper parti, Jesse persuade le groupe de laisser son colocataire Benji, précédemment rejeté, les rejoindre.
À la compétition a cappella nationale, les Bellas chantent un mash-up arrangé par Beca, incluant « Don't You (Forget About Me) », une chanson du film The Breakfast Club, un des films préférés de Jesse : c'est en fait une façon pour Beca de lancer un appel à Jesse. Les filles font un carton avec le mash-up de Beca, et après leur performance, Jesse pardonne à Beca, et ils s'embrassent. Six mois plus tard, on voit les deux groupes qui font passer des auditions pour recruter de nouveaux membres et on voit seulement à cet instant que les Bellas ont gagné le concours national2.