在喀尔巴阡山一线，从1月至4月初，俄、奥之间一直进行着激烈的争夺战，但双方都没有取得重大进展。5月，德、奥协议决定集中兵力于俄军防卫较弱的西部加里西亚发动一次突袭，以分散进攻喀尔巴阡山的俄军，并牵制俄军的西进计划。为了实现这次突袭，德国从西线调来大量精锐部队，连同奥军，组成强大的集团军，由德军将领马肯森统一指挥。由于德军的调配极为迅速、严密，并通过对波罗的海地区的佯攻转移了敌人的视线，俄国对德奥新的军事意图毫无所知。5月2日，在夜幕的掩护下，德军以强大的炮火开路，集中优势兵力，向平静的俄军阵地发起猛烈的冲锋。面对强大的突袭，俄军一片混乱，军事指挥失控，军需供应匮乏。在3人1杆枪、每门炮每天分摊两枚炮弹的装备下，俄军的抵抗变成无谓的牺牲。德军乘胜猛攻，在二十多天里先后拿下雅罗斯瓦夫、莱姆堡，占领了加里西亚大部分地区。6月末，德奥开始实施南北夹攻波兰地区俄军的计划。7月初，马肯森指挥的德奥联军已拿下克腊西尼克，直驱卢布林、赫尔姆地区。8月，兴登堡和鲁登道夫率领的德军挺进波兰和立陶宛，前锋抵达维尔诺。为了保存实力，俄军被迫撤离华沙，并让出了维斯瓦河两岸地区。从1915年5月至9月，5个月中，俄国先后丧失波兰、立陶宛、波罗的海沿岸部分地区，俄军战线大幅度东移，军队伤亡85万人，被俘90万人，这是俄国在第一次世界大战中最惨重的失败。气急败坏的沙皇尼古拉二世为推卸战争责任，撤销了尼古拉耶维奇大公的最高统帅职务，自任最高统帅。德奥在9月末占领维尔诺城以后，东部战线从里加湾到德涅斯特河基本形成一条直线。由于战线漫长，难以深入俄国腹地，德军迫使俄国投降和单独媾和的战略目标没有达到。此后，东线也进入阵地战。
同年4月，在亚洲的土耳其战线，德国还协助土耳其挫败了英法联军远征达达尼尔海峡的图谋。土耳其于1914年1月14日参加德奥一方对协约国宣战。土耳其的参战切断了协约国对俄国的军事援助，这是德奥在东线获胜的重要条件之一。同时，它将威胁到英属印度、埃及，以及英国在地中海航运的安全。为了排除上述威胁，并阻扰德国势力在土耳其的扩张，1915年4月，一支由英国、法国、澳大利亚和新西兰人组成的联军对达达尼尔海峡欧洲海岸的加利波利半岛发起猛攻。这支8万人的队伍，在海军和空军的协同下，很快在海峡南端登陆，占领了半岛南部的沿海滩头。但是，当入侵者试图攀上海峡高地向半岛深处挺进时，土耳其坚固的防御阵地和顽强的抵抗，使他们的登陆计划很快失败。此外，动用舰队从海峡水域展开的进攻，也因对方炮火的轰击和水雷的威胁而损失惨重。英国战列舰“不可抗号”、“不屈号”和“大洋号”，先后因触雷倾斜和沉没，幸存的舰只奉命返航爱琴海。由德国将军利曼·冯·赞德尔指挥的、拥有8.4万人的新建土耳其第五集团军训练有素、攻守兼备，他们以隐蔽在悬崖后面的防御阵地为依托，多次成功地挫败协约国军队登上海滩、夺取高地的企图。到8月，英国又派遣10万军队登陆，在占领了17公里长的狭长地带后，进一步的行动被土耳其军队所阻。至此，协约国军队的伤亡已达4万人以上。其中一些最艰苦的战役是在加利波利海滩和悬崖上进行的。由于土军居高临下，防守严密，英军每前进一步，通常死伤枕藉。以后，随着秋冬季的来临，战场的环境因暴雨、风雪、疾病和缺水而日益恶化，协约国伤亡人数持续攀升。到当年年底，其伤亡人数已上升至25.2万人，但主要目标远未达到。英国最终被迫放弃这一计划，悄然将部队撤走。
英法联军远征达达尼尔海峡的失败和德军在东线的节节胜利，对巴尔干局势产生了重要影响。其中同塞尔维亚矛盾较深的保加利亚，在德奥的拉拢下，于1915年10月加入同盟国方面作战。保加利亚拥有一支大约30万人的陆军，加上它占有十分重要的地理位置，它的参战不免使塞尔维亚处于腹背受敌的境地。10月5日，由马肯森将军指挥的35万德奥联军首先从北面对塞尔维亚发起进攻。联军以凌厉攻势，迅速占领贝尔格莱德，并把20万塞军压向南方。12日，早已集结在边境的30万保加利亚军从东面攻入塞境，切断了塞军退往希腊的道路。在德、奥、保三国的联合进攻下，兵力薄弱的塞军被击败后全部撤离塞尔维亚全境。幸存的约12万塞军没有屈服和投降，他们摆脱了敌人的跟踪追击，冒着风雪严寒，克服重重困难，经过阿尔巴尼亚和门的内哥罗之间的山间小道退往亚得里亚海滨，以后又转移至希腊的罗孚岛，在那里组建了流亡政府，继续组织抗战。塞尔维亚被占领，不仅解除了奥匈帝国侧翼面临的威胁，也使德国与土耳其之间建立了直接联系。德军不仅能从土耳其获得粮食和战略物资，也可以从波罗的海经中欧和东南欧深入到近东开展军事行动。同盟国之间也因此而连成一片，从丹麦海峡到土耳其海峡之间的广袤空间，开始有可能协调一致、配合行动。然而，由于意大利在1915年5月加入协约国一方作战，以及英法在中东、俄国在高加索一带对土耳其的围攻，同盟国在战略上仍没有摆脱被包围、封锁的形势。因此，争取在一线突破仍然是德国的不变选择。
进入1916年，德国被迫对作战方针再次做出调整。鉴于俄国幅员广大，气候寒冷，难以继续深入，而英、法不仅在西线构成重大威胁，而且不断地以财政和军火的支持使俄军恢复元气，因此只有速胜英、法才能赢得整个战争的主动权。1916年年初，德军总参谋长法尔根汉开始在西线集结重兵，并秘密选择突击目标，准备倾其全力，一举获胜。法尔根汉是在马恩河战役失利后接替毛奇出任总长的，他历来把西线视为战略重点，并同兴登堡和鲁登道夫存在着一定分歧。在东线无望速胜的形势下，法尔根汉的西线打击计划开始受到重视。在西线，德国一直把英国视为主要敌人，但因大海阻隔和对方海军力量的强大，德国没有直接打击英国的手段，唯一的选择是重创它的盟友法国，然后使其孤立起来。在德方看来，法国由于战时的兵力消耗已十分衰弱，如果在它的要害部位给予猛烈的一击，它必然会走向崩溃，从而使英国手中最好的武器被打落在地。法尔根汉不打算对法国实施大规模的围攻计划，而是要选择一个战略要地和情感上被视为神圣的地区，重点突破，使法国为保卫这一地区被迫投入其全部力量，达到使之在军事上、心理上走向全面崩溃的目的。这个打击部位最终被确定在法国的东北门户凡尔登要塞。
凡尔登，是法国历史名城，也是通向巴黎的一个强固据点，由于地处马斯河畔的高地之上，地理位置十分重要，自罗马帝国时起就成为兵家必争的战略要地。843年，查理大帝的子孙通过《凡尔登条约》三分了查理曼帝国，构成现代法、德、意三国政治疆界的雏形。三十年战争以后，依据《威斯特伐利亚和约》，凡尔登和梅斯、土尔三城正式并入法兰西版图。大战爆发后，凡尔登成为协约国西线伸向德国防线最突出的部分，并令人不安地接近德军铁路运输线不足13英里。因此无论从历史沿革或战略地位而论，凡尔登都是法国人视为神圣的地区。法尔根汉深信，占领凡尔登将会成为从军事上、心理上“碾碎法军的磨盘”。
1916年2月21日清晨，在1400门大炮的轰击声中，德国以17个师27万人的兵力向凡尔登发起攻击。震耳欲聋的炮声延续了12个小时，200万发炮弹倾泻在凡尔登周围不足14英里的三角地带，密集的炮火夷平了壕沟，摧毁了碉堡，并把森林撕成碎片。被击中的人群、马匹和装备像稻壳一样飞散在天空，爆炸的热浪融化了周围的积雪，把许多双目失明的伤兵淹没在浸水的弹穴之中。但是，法军不惜一切代价死守阵地。两军火力交叉对射，步兵冲锋，最后发展到白刃战。在法军的殊死抵抗下，德军进展缓慢，直到23日才突破第一道防线。25日德军占领都蒙炮台，并用炮火把法军阵地切为数段。在这千钧一发的时刻，法国政府迅速调集19万生力军和2.5万吨军火，用全力阻挡德军占领凡尔登。双方反复冲杀，形成拉锯战，彼此伤亡惨重。到6月中旬，德军已进抵距凡尔登6公里的地方，法军不惜伤亡，拼死抵抗，德军虽竭尽全力，但未能实现自己的战略计划。除了法国人的顽强抵抗，协约国在其他战线的进攻也减轻了法军的压力。特别是俄军6月初由布鲁西洛夫将军指挥、在加里西亚所发动的新攻势，不仅阻止了奥匈对意大利的进攻，而且牵制了德军在凡尔登的力量。俄军的进攻虽最终被德军阻止，但凡尔登战役已经变成一场消耗战，资源、人力有限的德国无法赢得一场消耗战。这次战役一直延续到10月，德军曾发动多次进攻高峰，中间也有一些间歇，但始终未能攻下要塞。此役双方伤亡兵员约达七十余万，法军伤亡略多于德军，但德军未能拿下要塞，宣告了自己在战略上的失败。法尔根汉也因此次失利失去德皇的信任，他在当年8月28日被迫辞职，由兴登堡继任总参谋长，鲁登道夫任军需总监，为总长的副手。
在凡尔登战役进行期间，英、法在索姆河一线策划了一次对德军的进攻。经过7天旨在摧毁德军防线的猛烈炮击之后，战役于7月1日在索姆河畔打响。由英军担任主攻，法军配合。但是，德军的阵地并没有被摧毁，从地下掩蔽所冒出来的德国机枪手，不断地向奉命成排挺进的英国士兵连续开火。在德军机枪的疯狂扫射下，成千上万的英军在到达正面堑壕线之前倒地。被密集的火力封锁的开阔地带，已成为根本无法通过的“无人区”。在第一天进攻的11万人中，有近6万英国官兵死伤，成为第一次世界大战中任何一国军队在一天之内所遭受的最大伤亡。尽管在这次战役中，英国还初次使用了新发明的坦克，但由于技术不完善，虽使德军大为惊恐，最终并没有帮助英军突破德军防线。这次战役是一场巨大的消耗战，截至11月战役结束，双方伤亡达120万人，协约国仅攻占了德方微不足道的一点土地，但也减轻了凡尔登战役的压力。
凡尔登和索姆河两战役以后，德军的进攻能力大大削弱，企图在一线突破赢得战争的希望已成泡影。协约国方面依靠兵力和资源优势，曾发动一系列新的进攻，试图突破德军防线，但都因对方的有效反击和坚固防守而失败。直到1917年4月，法军新任总司令尼韦尔指挥的进攻失败引起部队哗变；英军于7月至11月在帕琛达尔的轻率进攻遭受挫折之后，西线又恢复了僵持对峙的局面。由于协约国实行的海上封锁，德军物资供应日益匮乏，为了冲破封锁，德国已筹划与英国争夺制海权。双方在海上的争斗开始进入高潮。
三、大海战
早在大战爆发初期，英、德两国海军就在海上展开激烈的角逐。鉴于英国海军的强大，德国主要通过在公海游弋的几艘巡洋舰，袭击和骚扰协约国海上贸易和交通线。其中，先后由中国青岛出发的两支德国海军分舰队，避开英、日舰队的锋芒，曾在南太平洋、南美洲、南大西洋和印度洋，多次击沉协约国战舰和商船，一度对英、法等国的海上运输构成严重威胁，使伦敦海军部大为震惊。然而，由于德国在海外没有能向本国舰队提供支持的可靠基地，这些一时获得成功的袭击舰，最终成为追击和拦截它们的英国海上力量的牺牲品。只有地中海分舰队是个例外，两艘最先进的战斗巡洋舰——戈本号和布勒斯劳号，多次成功地拦截协约国商船之后，逃脱英、法舰只的追击，驶向黑海，加入土耳其舰队，成为后来联合阻击英法联军占领达达尼尔海峡的一支重要力量。
因此，在远洋上发生的孤立、分散的突袭虽然在短期内威胁到协约国的海上交通线，但不能从根本上削弱对方的海上力量；相反，由于英国海军的有效反击并逐步控制了海上航道，德国逐渐失去与海外的联系。协约国趁此机会夺取了德国在海外的殖民地。包括太平洋上的德属全部岛屿以及德国在非洲的大片殖民地，先后被英国在日本、澳大利亚和新西兰的协助下夺取；日本也独占了德国在中国胶东半岛的海军基地。与此同时，英国主力舰队也开始封锁北海，德国本土及其军舰和商船都处于被围困状态。英国进一步的目标是控制黑尔戈兰海域，攻占基尔海军基地，解除德国在波罗的海对俄国的封锁，联合俄国海军，从北面近距离进攻柏林。德国则通过在重要海道上布雷，运用潜水艇，配合以水面舰只小规模的进攻来削弱英国的海上优势，尽可能在北海获得充分的海上均势，以解除英国的封锁。因此，英德海战中较重要的战役主要是在北海海域进行的。