मर्फी उर्फ़ बर्फी जॉनसन (रणबीर कपूर) एक आशावादी, युतिसम्पन्न और मनोहर युवक है जो दार्जिलिंग में एक नेपाली दम्पति के मूक-बधिर बालक के रूप में जन्म लेता है। उसकी माँ का बचपन में ही देहान्त हो जाता है और उसके पिता, जो मोटर चालक हैं, अकेले ही उसका पालन-पोषण करते हैं। बर्फ़ी बचपन से ही अपनी शरारतों के लिए जाना जाता है जो बिजली का खंभा काटना, मासूम लोगों के साथ ठिठोली करना जैसे कार्य करता है, जिसकी वजह से स्थानीय पुलिस अधिकारी सुधांशु दत्ता (सौरभ शुक्ला) उसका पीछा करता रहता है। बर्फी श्रुति घोष (इलियाना डी'क्रूज़) से मिलता है जो अभी-अभी दार्जिलिंग पहुँची है। श्रुति की रणजीत सेनगुप्ता (जीशु सेनगुप्ता) के साथ सगाई हो चुकि है तथा उनका तीन महीने में विवाह होने वाला है। इसी बीच बर्फी श्रुति से टकराता है और उसे प्यार हो जाता है। वह भी बर्फी से प्यार करने लगती है लेकिन उसकी माँ (रूपा गांगुली) उसे ऐसा न करने के लिए समझाती है क्योंकि वह अपनी अपंगता और धन की कमी की वजह से उसका ध्यान नहीं रख सकता। श्रुति अपनी माँ की सलाह मान लेती है और विवाह कर लेती है। विवाह के पश्चात वह कोलकाता चली जाती है तथा बर्फी से सभी सम्पर्क समाप्त कर देती है।

इसी बीच में बर्फी के पिता बीमार हो जाते हैं और पिता के इलाज के लिए बर्फी को धन की आवश्यकता पड़ती है। बैंक डकैती के असफल प्रयास के पश्चात बर्फी अपने बचपन की स्वपरायण (मंदबुद्धि) दोस्त और अपने धनी पितामह की एकमात्र उत्तराधिकारिणी झिलमिल (प्रियंका चोपड़ा) का फिरौती के लिए अपहरण करने का विचार करता है। अपने आगमन पर वह देखता है कि झिलमिल का तो पहले से ही अपहरण हो चुका है। वह उसे एक वैन में देखता है और चुपके से उसमें घुस कर झिलमिल को फिरौती इकट्ठा करने वाले स्थान से भगा ले जाता है। पुलिस झिलमिल की खोज में है और बर्फी उसे अपने अपार्टमेंट में छिपा लेता है। फिरौती की रकम बर्फी स्वयं प्राप्त कर के जब अपने पिता के ओपरेशन के लिए अस्पताल में भुगतान कर रहा होता है तब उसे पता चलता है कि उसके पिता की मृत्यु हो चुकी है। उदास बर्फी झिलमिल को उसकी देख-भाल करने वाले के गाँव में छोड़ने की कोशिश करता है, परन्तु वह उसका साथ छोड़ने से मना कर देती है और वो दोनों कोलकाता चले जाते हैं, जहाँ बर्फी झिलमिल को अपनी ज़िम्मेदारी समझ कर उसका ध्यान रखता है।

छः वर्ष पश्चात बर्फी और श्रुति संयोग से मिलते हैं। श्रुति अपने विवाह से खिन्न है और वे दोनों अपनी दोस्ती को पुनः जागृत करते हैं। बर्फी और श्रुति के सम्बंधों को देख कर, बर्फी से प्यार करने वाली झिलमिल ईर्ष्या और क्रोध की भावनाओं के साथ चिढ़ती है और वह फिर से गुम हो जाती है। श्रुति झिलमिल के लापता होने की रपट लिखवा देती है। दार्जिलिंग पुलिस को रपट के बारे में पता चलता है और वह बर्फी का पुनः पीछा आरम्भ कर देती है तथा अन्ततः उसे गिरफ्तार कर लेती है। उससे पूछताछ चल रही होती है तभी झिलमिल के लिए एक अन्य फिरौती की मांग आती है और इस विनिमय प्रक्रिया में कथित तौर पर उसकी हत्या हो जाती है, हालांकि उसका शव कभी किसी को भी प्राप्त नहीं होता। मामले को खत्म करने के लिए पुलिस झिलमिल की हत्या बर्फी के सर मढ़ने की कोशिश करती है। पुलिस अधिकारी सुधांशु दत्ता, जिसके मन में बर्फी के उपद्रवों की जाँच करते-करते उसके प्रति लगाव उत्पन्न हो चुका है, उसे दूसरा मौका देते हुए श्रुति से उसे दूर ले जाने के लिए कहता है। वह सहमत हो जाती है और आशा करती है कि चूँकि अब झिलमिल इस दुनिया में नहीं है अतः वह बर्फी के साथ रह सकती है।

बर्फी झिलमिल के खो जाने के कारण बुरी तरह से प्रभावित होता है और निरर्थक रूप से श्रुति के साथ रहते हुए झिलमिल को ढूँढता है। झिलमिल के बचपन के घर की स्थिति प्राप्त कर के वह वहाँ
उसे तलाशने श्रुति के साथ जाता है। उन्हें पता चलता है कि झिलमिल अभी भी ज़िन्दा है और दोनों अपहरण उसके पिता के मनगढ़ंत थे जिससे वह झिलमिल के न्यास निधि (ट्रस्ट) से पैसा गबन कर सके। दूसरे प्रयास में, दूसरी बार उन्होंने उसकी मौत का नाटक किया जिससे उसे उसकी शराबी माँ से दूर विशेष देखभाल गृह में ले जाया जा सके। बर्फी का झिलमिल से पुनर्मिलन होता है और वो शादी कर लेते हैं, जबकि श्रुति बाकी के सभी दिन बर्फी का साथ मिलने के मौके को हाथ से निकाल देने के पछतावे के रूप में अकेले गुज़ारती है।

कुछ वर्ष पश्चात बर्फी अस्पताल में गम्भीर रूप से बीमार है और मौत के बहुत करीब है। झिलमिल वहाँ पहुँचती है तथा चिकित्सालय के बिस्तर पर बर्फी के साथ लेट जाती है तथा वाचक के रूप में श्रुति कहती है कि दोनों शान्ति से एक साथ मर जाते हैं, वे दोनों एक-दूसरे को जीवन या मृत्यु में पीछे नहीं छोड़ना चाहते थे। फ़िल्म बर्फी और झिलमिल के अन्तिम दिनों को दिखाते हुए समाप्त हो जाती है।


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