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馬泥棒の罪で服役中だったブッチ・キャシディ（トム・ベレンジャー）が、ブレッドソー保安官（ジェフ・コーリー）の特別のはからいで刑期を短縮され、ワイオミングの刑務所から釈放された。1年ぶりの娑婆は快適で、ワイオミング州を出てコロラド州に入ったとたんにブッチの悪だくみが始まった。さっそく銃を買って出かけたカジノでは、ロングボーといい後にサンダンス・キッド（ウィリアム・カット）と名のるようになる若者が、いかさまポーカーで荒稼ぎしている最中だった。彼は、テーブルの下で銃を構え、相手の賭け金を奪って逃げる算段でいたが、その計画がばれ、撃ち合いになった。3対1で勝ち目のないサンダンスにブッチは加勢しようとするが逆にサンダンスに銃を奪われる始末。銃を奪い返そうとサンダンスを追うが、彼は険しい山の中に逃げこんだ。やっと岩蔭から顔を出したサンダンスに、ブッチは一緒に仕事をしないかともちかけたが、彼は興味を示さない。ブラウンズ・ホールヘ向かう途中、昔の仲間に会い、造幣局列車襲撃の計画を聞いたブッチは、そのまま自分の隠れ家に行くが、そこには強盗団のボスで友人のＯ・Ｃ・ハンクス（ブライアン・デネヒー）が情婦をつれ込んで占拠していた。そこへ来たブレッドソーに捕えられＯ・Ｃは、ブッチが密告したと思いこみ、怒り狂った。家をとりもどしたブッチのもとに突然サンダンスがやってきた。すっかり意気投合した2人はカジノに侵入し、まんまと大金を強奪した。その時からロングボーという名前をやめ、サンダンス・キットと名のるようになった。大金を手にした2人は、テリュライドという街に逃げ、そこで、Ｏ・Ｃが2人を追っているという噂を耳にする。折りしも、ホフマン炭坑でジフテリアが流行し、その血清を運ぶ命知らずを捜しているというニュースを知り、豪雪の中出発した。しかし、途中、ブッチがジフテリアにかかり、その療養のために2人はデンバーに向かったが、執拗なＯ・Ｃに追いつめられ、サンダンスがブッチと間ちがえられて撃たれ重傷を負った。傷ついたサンダンスが意識を回復すると、そこはブッチの家だった。ブーチは妻メリー（ジル・アイケンベリー）と息子、娘の3人のために、まともに働くようになった。しかし、復讐に燃えるサンダンスは、Ｏ・Ｃと対決することになり、決闘の末、Ｏ・Ｃを殺すことになった。初めて人を殺したサンダンスは、罪の意識にさいなまれるが、ブッチはそんな彼を慰め、2人はますます強い友情で結ぱれた。この事件がきっかけで再び家を出た2人は、ワイオミングで捕えられ裁判にかけられることになっていた男を助けるために銀行を襲い、それが済むと造幣局列車強盗を計画し、それも成功させ、意気揚々と馬を走らせるのだった。