Полковник Александров уже три месяца на фронте. Он присылает в Москву своим дочерям телеграмму, предлагает им провести остаток лета на даче.
Старшая, восемнадцатилетняя Ольга, едет туда с вещами, оставив тринадцатилетнюю Женю прибрать квартиру. Ольга учится на инженера, занимается музыкой, поёт, она строгая, серьёзная девушка. На даче Ольга знакомится с молодым инженером Георгием Гараевым. Она допоздна ждёт Женю, но сестры все нет.
А Женя в это время, приехав в дачный посёлок, в поисках почты, чтобы отправить телеграмму отцу, случайно заходит на чью-то пустую дачу, и собака не выпускает её обратно. Женя засыпает. Проснувшись наутро, видит, что собаки нет, а рядом — ободряющая записка от неизвестного Тимура. Обнаружив бутафорский револьвер, Женя играет с ним. Холостой выстрел, разбивший зеркало, пугает её, она бежит, забыв в доме ключ от московской квартиры и телеграмму. Женя приходит к сестре и уже предвидит её гнев, но вдруг какая-то девчонка приносит ей ключ и квитанцию от посланной телеграммы с запиской от того же Тимура.
Женя забирается в старый сарай, стоящий в глубине сада. Там она находит штурвал и принимается крутить его. А от штурвала идут верёвочные провода. Женя, сама того не зная, подаёт кому-то сигналы! Сарай наполняется множеством мальчишек. Они хотят побить Женю, бесцеремонно вторгшуюся в их штаб. Но командир останавливает их. Это тот самый Тимур (он племянник Георгия Гараева). Он приглашает Женю остаться и послушать, чем занимаются ребята. Оказывается, они помогают людям, особенно же опекают семьи бойцов Красной Армии. Но все это они делают втайне от взрослых. Мальчишки решают «заняться особо» Мишкой Квакиным и его шайкой, которая лазает по чужим садам и ворует яблоки.
Ольга думает, что Тимур — хулиган, и запрещает Жене водиться с ним. Женя не может ничего объяснить: это означало бы разгласить тайну.
Ранним утром ребята из команды Тимура наполняют водой бочку старухи-молочницы. Потом складывают в поленницу дрова для другой старушки — бабушки бойкой девочки Нюрки, находят ей пропавшую козу. А Женя играет с маленькой дочкой лейтенанта Павлова, которого недавно убили на границе.
Тимуровцы составляют ультиматум Мишке Квакину. Приказывают ему явиться вместе с помощником, Фигурой, и принести список членов шайки. Гейка и Коля Колокольчиков относят ультиматум. А когда приходят за ответом, квакинцы запирают их в старой часовне.
Георгий Гараев катает Ольгу на мотоцикле. Он, как и Ольга, занимается пением: играет в опере старика партизана. Его «суровый и страшный» грим испугает кого хочешь, и шутник Георгий нередко пользуется этим (ему и принадлежал бутафорский револьвер).
Тимуровцам удаётся освободить Гейку и Колю и запереть вместо них Фигуру. Они устраивают засаду квакинской шайке, закрывают всех в будке на базарной площади и вешают на будку плакат, что «пленники» — яблочные воры.
В парке — шумный праздник. Георгия попросили спеть. Ольга согласилась аккомпанировать ему на аккордеоне. После выступления Ольга сталкивается с гуляющими по парку Тимуром и Женей. Разгневанная старшая сестра обвиняет Тимура в том, что он настраивает Женю против неё, она сердится и на Георгия: почему он раньше не признался, что Тимур — его племянник? Георгий, в свою очередь, запрещает Тимуру общаться с Женей.
Ольга, чтобы проучить Женю, уезжает в Москву. Там она получает телеграмму: отец ночью будет в Москве. Он приезжает всего на три часа повидаться с дочерьми.
А к Жене на дачу приходит знакомая — вдова лейтенанта Павлова. Ей срочно нужно в Москву — встретить мать, и она оставляет маленькую дочку на ночь у Жени. Девочка засыпает, а Женя уходит играть в волейбол. Тем временем приходят телеграммы от отца и от Ольги. Женя замечает телеграммы только поздно вечером. Но ей некому оставить девочку, и последняя электричка уже ушла. Тогда Женя посылает сигнал Тимуру и рассказывает ему о своей беде. Тимур поручает Коле Колокольчикову стеречь спящую девочку — для этого приходится все рассказать Колиному дедушке. Тот одобряет действия мальчиков. Тимур сам отвозит Женю на мотоцикле в город (спрашивать позволения не у кого, дядя в Москве).
Отец огорчается, что ему так и не удалось повидать Женю. И вот когда время уже близится к трём, неожиданно появляются Женя с Тимуром. Минуты летят быстро — полковнику Александрову надо ехать на фронт.
Георгий не находит на даче ни племянника, ни мотоцикла и решает отправить Тимура домой к матери, но тут приходит Тимур, а вместе с ним Женя и Ольга. Они все объясняют.
Георгию приходит повестка. В форме капитана танковых войск он приходит к Ольге проститься. Женя передаёт «позывной сигнал общий», сбегаются все мальчишки из тимуровской команды. Все вместе идут провожать Георгия. Ольга играет на аккордеоне. Георгий уезжает. Ольга говорит погрустневшему Тимуру: «Ты о людях всегда думал, и они тебе отплатят тем же».