Flaggermusen er i all hovedsak en forvekslingskomedie, og handlingen er lagt til et maskeball for overklassen og adelsstanden i Østerrike-Ungarn.
Handling
Første akt
Gabriel von Eisenstein (tenor), som er overbevist om sin egen fortreffelighet (Mir widersteht keiner/«Ingen kan stå meg imot») må møte til kortvarig soning på grunn av en injuriedom – godt hjulpet av sin inkompetente sakfører (Nein, mit solchen Advokaten/«Nei, med slike advokater») Blind (tenor), men hans venn dr. Falke (baryton) overtaler ham (Komm mit mir zum Souper/«Bli med på soupé») til å tilbringe natten før soningen på et ball hos prins Orlofsky (mezzosopran, en såkalt «bukserolle»). Eisenstein foregir at han er på vei til fengsel, og tar avskjed fra sin kone Rosalinde (O Gott, wie rührt mich dies/«Herregud så rørt jeg blir»). Falke har imidlerid en baktanke, nemlig å hevne seg for en spøk Eisenstein utsatte ham for da Eisenstein forlot en bedugget Falke, i flaggermuskostyme, efter et maskeball. Falke måtte vandre hjem i kostymet, og var utsatt for spott fra gateguttene.
I avvente av et frierbesøket fra sanglæreren Alfred (tenor) som gjør kur til Eisensteins kone Rosalinde (Täubchen, das entflattert ist/«Lille due som er fløyet avsted»)(sopran) ga hun kammerpiken Adele (sopran) fri, siden Adele hevder å måtte på sykebesøk hos en tante (Da schreibt meine Schwester Ida/«Min søster Ida skriver at»).
Fengselsdirektøren Frank (bass) titulerer Alfred med von Eisensteins navn, siden han tror det dreier seg om husets herre, hva som forvirrer Alfred. Rosalinde spiller fortørnet ved antydningen om at han skulle være noe annet enn hennes gemal (Mit mir so spät im tête-à-tête/«En så sen tête-à-tête med meg»). For ikke å sette Rosalinde i en vanskelig situasjon, utgir Alfred seg for faktisk å være Eisenstein, slik at han blir sperret inne (Glücklich ist, wer vergisst/«Lykken er å glemme slikt»). Frank «inviterer» Alfred til fengselet (Mein schönes, grosses Vogelhaus/«Mitt flotte, store fuglehus»).
Annen akt
Alle hovedaktørene, også Adele, som bare hadde foregitt å ha en syk tante, er å treffe på maskeballet hos Orlofsky, og dr. Falke lover prinsen en kostelig spøk. Eisenstein opptrer som «Marquis Renard», mens Adele utgir seg for å være kunstneren Olga. Fengselsdirektøren blir introdusert som «Chevalier Chagrin». Rosalinde dukker opp som mysteriøs grevinne. Eisenstein, som ikke gjenkjenner sin egen kone, blir fascinert av henne, og hun lykkes i å tilegne seg lommeuret hans som bevis på at Eisenstein har flørtet med en fremmed kvinne. På dette tidspunktet forteller Eisenstein under stor munterhet hvordan han hadde utsatt Falke for sin spøk noen år tidligere.
Tredje akt
Neste morgen kommer fengselsdirektøren, som lider av eftervirkningene efter nattens utskeielser, på arbeide, hvor han treffer på den adskillig mer forfyllede fengselsvokteren Frosch (som ikke har noen sangrolle, men utelukkende tjener som komisk figur, hva som tradisjonelt gir skuespilleren anledning til å improvisere kommentarer til aktuelle hendelser på et satirisk vis). Av forskjellige årsaker møtes alle gårsdagens hovedpersoner i arresten, og Eisenstein må til sin store forundring, og efterhvert sinne, oppdage at «han» (dvs. Alfred) er blitt påtruffet hjemme i slåbrok og allerede soner dommen.
Da han vil stille sin kone til regnskap, viser hun ham lommeuret og påpeker at heller ikke han har vært helt trofast. Da også resten av selskapet, blant annet prins Orlofsky, ankommer, avslører Falke at det hele har vært en revansje han har iscenesatt for Eisensteins tidligere spøk med ham. Orlofsky, som morer seg stort over dette, lover å støtte Adele i kunstnerambisjonene hennes.