La obra se abre con la coronación de Ordoño II, que quiere afirmar con solemnidad su poder como rey de León y endurecer su dominio sobre Castilla. Sospecha de su hijo, el infante Ramiro, a quien acusa de granjearse el favor de nobles y vasallos y de mantener alianzas con los condes castellanos Nuño Rasura y Laín Calvo, quizá también mediante un proyectado matrimonio con Jeloira, hija del conde Almódovar Blanco. Cuando los condes llegan a cumplir el vasallaje, Ordoño ordena prenderlos y, poco después, manda darles muerte, provocando la indignación de Ramiro y de los castellanos. El príncipe, enfrentado abiertamente con su padre, huye para salvar la vida. Paralelamente, se narra la llegada a Castilla de Diego Anzures, prometido de Sol del Carpio, que es asesinado en el camino por servidores de Ruy Peláez; Ramiro encuentra su cadáver, descubre cartas y retratos que lo identifican, y poco después salva a Jeloira de un oso en el monte. Nace entre ambos una atracción inmediata, pero Ramiro, para protegerse y aprovechar la ocasión, suplanta prudentemente al difunto Diego Anzures cuando Sol del Carpio y su entorno lo confunden con él por su gran parecido.
Mientras tanto, en Castilla, la muerte de los condes desencadena la lucha por el poder. Ruy Peláez, pariente de la casa condal, intenta hacerse proclamar conde, y para asegurar su dominio decide eliminar a Jeloira, legítima heredera. Martín del Carpio, movido por interés familiar, colabora en un primer momento, pero acaba facilitando la huida de la joven con el falso Diego Anzures, esto es, con Ramiro. Ambos se refugian en una humilde cabaña de las montañas burgalesas y allí, viviendo como labradores, se casan y hallan una breve felicidad amorosa, aunque sobre ellos pesa la inestabilidad política: Ordoño muere, Alfonso ocupa el trono leonés y Froila persigue a Ramiro por la supuesta muerte de su hermano. A la vez, en Burgos, Nuño Rasura y Laín Calvo encabezan la reacción castellana, impiden la jura de Ruy Peláez y establecen una nueva organización política: Castilla se separa de León, reconoce a Jeloira como heredera y nombra a Nuño y a Laín jueces de Castilla, uno para la justicia y otro para la guerra. Pero la paz doméstica de Ramiro y Jeloira se quiebra cuando Sol del Carpio, enamorada todavía del supuesto Diego Anzures, siembra en Ramiro los celos insinuando una traición de su esposa con un pobre forastero; ese mendigo resulta ser en realidad Alfonso, rey de León fugitivo y despojado. Ramiro, cegado por la sospecha, intenta matar al desconocido, afrenta a Jeloira y finalmente revela su verdadera identidad antes de abandonarla, a pesar de que ella está embarazada.
Pasados ocho años, Ramiro regresa ocultamente desde Portugal a Burgos con intención de ganar el apoyo castellano frente a Alfonso. Allí se reanudan los enredos: Sol reconoce al antiguo impostor, Nuño Rasura intenta prenderlo por el caso de Jeloira, y Laín Calvo lo protege como soldado alistado en las huestes castellanas. En ese momento, Alfonso invade Castilla y vence a los castellanos en las cercanías de Burgos, mientras dentro de la ciudad se juzga a Ruy Peláez, a Martín del Carpio y al propio Ramiro. Cuando la derrota parece consumada, irrumpe Jeloira para detener la guerra y reta públicamente al hombre que manchó su honor. En presencia de Alfonso, de los jueces y de los nobles, se aclaran por fin los malentendidos: Sol confiesa que por celos acusó falsamente a Jeloira; Alfonso se descubre como el pobre auxiliado en la cabaña; y Ramiro reconoce su error y pide perdón a su esposa. El desenlace transforma la enemistad en reconciliación política y familiar: Alfonso, enfermo y sin esperanza de sucesión, declara heredero de León a Ramiro; Jeloira es reconocida como señora de Castilla; Ruy Peláez queda libre y se dispone su boda con Sol; se premia a los jueces castellanos; y el hijo de Ramiro y Jeloira es presentado como el tan deseado príncipe de Asturias, garantía de continuidad para León y de concordia entre ambos territorios.