Вторая битва у Мазурских озёр, февраль 1915
Зимой 1914—1915 годов шло сражение между русскими и австрийцами за перевалы в Карпатах. 10(23) марта завершилась Осада Перемышля — капитулировала важная австрийская крепость с гарнизоном в 115 тыс. человек.
В конце апреля немцы нанесли очередной мощный удар в Восточной Пруссии и в начале мая 1915 года прорвали русский фронт в районе Мемеля-Либавы. В мае германо-австрийским войскам, сосредоточив превосходящие силы в районе Горлице, удалось прорвать русский фронт в Галиции. После этого, чтобы избежать окружения, началось общее стратегическое отступление русской армии из Галиции и Польши. 23 августа 1915 года Николай II принял на себя звание Верховного главнокомандующего, сменив на этом посту Великого князя Николая Николаевича, который был назначен командующим Кавказским фронтом. Начальником штаба ставки Верховного главнокомандующего был назначен М. В. Алексеев. Во время Свенцянского прорыва 8 сентября — 2 октября германские войска были разбиты и их наступление было остановлено. Стороны перешли к позиционной войне.
Хотя, в ходе кампании 1915 года Германии и её союзникам удалось продвинуться вглубь российских владений, но разгромить русскую армию и вывести Россию из войны им не удалось.
На Западном фронте произошли сражения у Нев-Шапеля и второе сражение при Ипре, где впервые германскими войсками была применена газовая атака.
С целью вывода Турции из войны англо-французские войска попытались провести операцию по захвату черноморских проливов и Стамбула. Высадив десант на Галлипольском полуострове (Дарданелльская операция) 19 февраля 1915 года, они в течение всего года безуспешно пытались сломить сопротивление турецких войск. Однако, понеся большие потери, страны Антанты в конце 1915 года были вынуждены эвакуировать свои войска в Грецию.
В конце 1915 года Германии и Австро-Венгрии, при поддержке вступившей в войну 14 октября Болгарии, удалось разбить Сербию и захватить всю её территорию. Чтобы противодействовать германо-австрийским войскам на Балканах Великобритания и Франция высадили десант в районе Салоник, создав Салоникский фронт, а итальянские войска высадились в Албании.
На Кавказском фронте в июле русские войска отразили наступление турецких войск в районе озера Ван, уступив при этом часть территории (Алашкертская операция). Боевые действия распространились на территорию Персии. 30 октября русские войска высадились в порту Энзели, к концу декабря разгромили протурецкие вооружённые отряды и взяли под контроль территорию Северной Персии, предотвратив выступление Персии против России и обеспечив левый фланг Кавказской армии.
23-26 ноября (6-9 декабря) 1915 года в штабе французской армии в Шантильи состоялась вторая межсоюзническая конференция. Она признала необходимым начать подготовку к согласованному наступлению всех союзных армий на трех главных театрах — французском, русском и итальянском.
Вступление в войну Италии
С началом войны Италия осталась нейтральной. 3 августа 1914 года итальянский король сообщил Вильгельму II, что условия возникновения войны не соответствуют тем условиям в договоре о Тройственном союзе, при которых Италия должна вступить в войну. В тот же день итальянское правительство опубликовало декларацию о нейтралитете. Долгое время тянулись переговоры между Италией и центральными державами и странами Антанты. Наконец, 26 апреля 1915 года был заключён Лондонский пакт, по которому Италия обязалась в течение месяца объявить войну Австро-Венгрии, а также выступить против всех врагов Антанты. В качестве «платы за кровь» Италии был обещан ряд территорий. Англия предоставила Италии займ в 50 млн фунтов.
Тогда Германия добилась от Австро-Венгрии обещания передать Италии населенные итальянцами территории, если Италия сохранит нейтральность. Германский посол Бюлов сообщил об этом обещании лидеру итальянских нейтралистов Джолитти. Джолитти поддержало 320 из 508 депутатов итальянского парламента. Премьер-министр Саландра подал в отставку. Однако в этот момент сторонники войны во главе с социалистом Бенито Муссолини и Габриэле д’Аннунцио организовали демонстрации против парламента и «нейтралистов». Король не принял отставки Саландры, а Джолитти был вынужден покинуть Рим. 23 мая Италия объявила войну Австро-Венгрии.
Кампания 1916 года
Русский экспедиционный корпус во Франции. Лето 1916 года, Шампань. Начальник 1-й бригады генерал Лохвицкий с несколькими русскими и французскими офицерами обходит позиции
Не добившись решительного успеха на Восточном фронте в кампании 1915 года, германское командование решило в 1916 году нанести основной удар на западе и вывести из войны Францию. Оно запланировало мощными фланговыми ударами в основание Верденского выступа срезать его, окружив всю верденскую группировку противника, и создать, тем самым, огромную брешь в обороне союзников. Через которую затем предполагалось нанести удар во фланг и тыл центральным французским армиям и разгромить весь фронт союзников.
21 февраля 1916 года германские войска начали наступательную операцию в районе крепости Верден, получившую название Битва при Вердене. После упорных боев с огромными потерями с обеих сторон немцам удалось продвинуться на 6—8 километров вперёд и взять некоторые из фортов крепости, но их наступление было остановлено. Эта битва продолжалась до 18 декабря 1916 года. Французы и англичане потеряли 750 тыс. человек, немцы — 450 тыс.
В ходе Верденского сражения впервые применялось новое оружие со стороны Германии — огнемёт. В небе над Верденом впервые в истории войн были отработаны принципы ведения боевых действий самолётов — на стороне войск Антанты сражалась американская эскадрилия Лафает. Немцы впервые начали применять самолёт-истребитель, в котором пулемёты стреляли сквозь вращающийся пропеллер, не повреждая его.
3 июня 1916 года началась крупная наступательная операция русской армии, получившая название Брусиловский прорыв по имени командующего фронтом А. А. Брусилова. В результате наступательной операции Юго-Западный фронт нанес тяжёлое поражение германским и австро-венгерским войскам в Галиции и Буковине, общие потери которых составили более 1,5 млн человек. В то же время Нарочская и Барановичская операции русских войск окончились безуспешно.