第二次世界大戰期間的某一天，美國法院開庭，審判一件間諜案，一名日本女間諜被以間諜罪判處十年的徒刑。
這位間諜進行間諜活動時，總是用布娃娃做為暗語，而她之所以能夠被抓獲，完全是因為她平時工作時總是很馬虎，經常寫錯地址，最終導致自己形跡敗露。
一九四一年一月中的一天，美國聯邦調查局總部突然收到了一份來自英國駐西印度群島的反間諜部門轉來的可疑的信件。該封信件由一位住在美國波特蘭市署名為吉伯特夫人寫給住在西印度群島的莫利娜里夫人的。信的內容十分奇怪，談論的都是關於布娃娃的事情，比如說「唱戲的布娃娃」、「背漁網的布娃娃」和「布娃娃修理店」等等。
這封信件實在是十分詭異，在二次世界大戰敏感時期，聯邦調查局不得不慎重對待。於是，調查人員按照信件上的地址，找來了寄信人吉伯特夫人，向其瞭解情況。吉伯特夫人得知此事後，覺得很奇怪。她告訴工作人員，自己是特別喜歡布娃娃，但是，她從來沒有見過信中所說的布娃娃，更不認識那位叫做莫利娜里夫人的人，至於她給莫利娜里夫人寫信，就更是子虛烏有的事情了。
整件事情看上去都十分莫名其妙，然而，由於缺乏清晰有用的線索，儘管聯邦調查局想進行深入的調查，也只能把這件事情暫時擱置在一邊。
然而，一波未平，一波又起。幾個月之後，聯邦調查局又收到一封同樣是關於布娃娃的信。這次的信是由一位叫威爾遜夫人的美國人寫給那位莫利娜里夫人的。這封信的內容跟上一封信大同小異，仍然是談論關於布娃娃的事情。聯邦調查局立刻找來威爾遜夫人，向她詢問此事。同樣地，威爾遜夫人也說自己不認識什麼莫利娜里夫人，也從來沒有寫過這樣一封信。
雖然覺得很蹊蹺，可是缺乏更多的線索，布娃娃事件只能不了了之。到了一九四二年初，美國聯邦調查局又接連地收到好幾封有關布娃娃的信件。收信人仍然都是莫利娜里夫人，信的內容也依舊都是談論關於布娃娃的事情。其中一封信中這樣寫著：「我的侄女伊莉莎白很想得到一個中國的布娃娃」，「為了耶誕節用，我特意買了五個英國布娃娃，兩個沒有盒子。一個有盒子」，「我已讓孫女修理布娃娃」，「在唐人街買了七個穿著中國服裝的布娃娃」。
從表面看來，所有內容都與布娃娃相關，但面對如此奇怪的情形，調查局的工作人員們絲毫不敢大意，他們知道，這絕不是幾封簡單的關於布娃娃的信。那麼，這布娃娃裡面究竟有什麼秘密呢？為了解開秘密，聯邦調查局成立了一個專門的「布娃娃調查小組」，對此開展了深入細緻的調查。在調查中，他們發現，這幾封信中有關的婦女都很喜愛布娃娃，她們還有一個共通點，就是她們都會經常光顧紐約一家專賣布娃娃的商店。調查的重點立刻集中到了這家布娃娃商店。經過工作人員們反覆仔細的調查跟蹤，他們發現，所有信件的寫信人其實都是這家商店的女老闆。她的真實面目是一個日本女間諜，以經營布娃娃為掩護搞間諜活動。這個女間諜按照日本海軍司令部第三部的指令，以這家布娃娃商店為據點，秘密搜集美國艦隊動向的情報。在她得到有價值的情報以後，她便以店中老顧客的姓名和地址，用密寫暗語的方式，定期給一位住在西印度群島化名為莫利娜里夫人的間諜作報告。
調查人員們發現，她在信中談論的各種布娃娃其實是關於各種艦船的暗語，前文所提到的「背漁網的布娃娃」指的是航空母艦，「背著柴草的布娃娃」則是指大型戰列艦；「在唐人街上買了七個穿中國服裝的布娃娃」指的是已經開進舊金山港修理的七艘戰列艦，「兩個沒有盒子的英國布娃娃」指的是兩艘停泊中的戰列艦……
她的間諜工作做得十分隱秘，所以美國的反間諜部門一直沒有覺察。然而，由於粗心馬虎，她竟然把收信人位址的暗語記錯了，因此，收信人的位址「一四一四」號一直被錯寫成「二五六三」號，結果導致一封封信件都落到了美國聯邦調查局手裡，最終敗露了形跡，惹禍上身。
戰爭中實施間諜活動本是不可缺少的手段，可是，如果間諜自己不謹慎工作，往往會適得其反。布娃娃間諜就因為自己的粗心，鬧了間諜史上的一個大笑話。