Tudo começa quando ele se atrasa cinco minutos e perde seu ônibus, tendo que pegar outro, onde a encontra pela primeira vez.
Ela estava sentada com um véu no rosto, o que deixou o rapaz muito curioso. Em meio a alguns toques inocentes e olhares que ele lança para ela, o narrador acaba se apaixonando pela moça. Quando ela desce do ônibus, fala baixinho: “Não se esqueça de mim” em italiano, o que poderia ser um sinal de que ela também estava apaixonada por ele.
O rapaz teve medo de que ela fosse feia, pois não havia visto seu rosto, mas mesmo assim fica interessado e passa a procurar a moça. Em meio ao enredo, há vários encontros e desencontros entre o possível casal. Em um desses encontros, Carlota conta que já conhecia o rapaz e estava apaixonada por ele antes do encontro deles no ônibus, mas que tinha uma doença incurável, o que fazia o amor deles ser impossível.
Quando recebe essa notícia, o narrador entra em desespero e vai para Petrópolis, onde esperava encontrar Carlota e poder declarar todo o seu amor por ela. Porém, quando chega lá, vê que a moça já partiu e apenas deixou uma carta de adeus.
Mesmo assim, ele insiste em ir atrás dela. Para isso, aluga um cavalo e depois consegue pegar uma carona com um pescador para atravessar a Baía de Guanabara. Com isso, consegue encontrar Carlota, que estava em um navio que ia para a Europa. Os dois acabam indo para lá juntos e vivem alguns dias de puro romance.
Depois disso, Carlota começa a ter fortes crises de saúde, e numa delas, pede um beijo do seu amado. Depois do beijo, ela começa a melhorar e a ter maior esperança de viver, resolvendo consultar um médico para ver como estava sua doença. Na consulta, o médico conta que ela havia passado por uma crise perigosa, que poderia tê-la matado, mas de alguma forma havia se salvado - um indicador de que o beijo do amado havia sido a salvação da moça.
Depois de todos esses problemas, temos o fim de Cinco Minutos: os dois se casam em Florença e passam um ano viajando por vários países da Europa, para depois voltarem ao Brasil e viverem uma vida feliz em uma casa em Minas Gerais.