两大对立军事集团形成后，战争阴影一直笼罩在欧洲上空。对立的双方都大力扩军备战，试图建立起自己的军事优势。
作为同盟国核心的德国对战争的准备较早。由于面临着法俄两国夹击的威胁，1878年起，德国就开始制订针对法俄两国的两线作战计划，以防不测。由于当时法军力量还在恢复之中，德军总参谋长老毛奇认为，同时进攻两个预想的敌人是可行的。后来随着法军力量的恢复，1891年上任的德军总参谋长史里芬开始调整相关的作战计划，提出了各个击破，速战速决，首先集中优势兵力于西线，在6——8周内击败法国，结束西线战事，然后挥师东进，在3——4个月内打败俄国的两线作战计划。这一计划经过长时间讨论和修订，最终于1905年形成。史里芬之后继任总参谋长的小毛奇（老毛奇，全名赫尔穆特·冯·毛奇伯爵（HelmuthGrafvonMoltke），普鲁士陆军元帅，着名军事家。1858——1888年任陆军总参谋长，指挥1866年对奥战争和1870——1871年对法战争。小毛奇，老毛奇之侄，全名赫尔穆特·冯·毛奇（HelmuthvonMo-ltke），普鲁士将军。1903年任军需总监，1906——1914年出任总参谋长。）几乎原封不动地保留了史里芬的基本战略思想。
为了准备战争，德国政府不断增加军事投入，扩大军队规模。1879年，德国的军费开支仅4.28亿马克，1899年为9.26亿马克，1913年则已经超过20亿马克，占全部国家预算的一半。大规模的军事投入刺激了军火工业的发展。军火大王克虏伯企业的规模在1870——1913年由7000人扩大到了80000人。德国军队的规模也是一再扩大。1874年，德国军队人数约为40万，到第一次世界大战爆发前，德国陆军已经达到51个师，75万多人，海军舰只390多艘，近8万人。
在一切准备就绪的情况下，以威廉二世为代表的德国政府对战争表现出一种强烈的渴望，希望通过战争来重新瓜分世界。早在1905年，威廉二世在一次酒会致辞中就表明德国已经做好了战争的准备：“火药是干的，剑是磨过的，目标明确。”1911年的第二次摩洛哥危机中，德国更是派出“豹”号战舰，毫不犹豫地以战争恫吓的方式迫使对手法国做出让步。当时有德国报纸露骨地指出，“是否同我们在瓜分摩洛哥问题上取得谅解，由法国人去决定，如果他们不愿意，那么‘豹’号就可能发生埃姆斯急电的作用。”换言之，如果法国不做出让步，1870年德法战争就会重演。1912年10月，门的内哥罗、保加利亚等巴尔干国家与土耳其之间的第一次巴尔干战争爆发，欧洲各列强趁机介入。由于俄奥之间争霸巴尔干的矛盾突出，列强之间的矛盾演变为两大军事集团之间的力量较量。德国则全力站在奥匈一边，试图趁俄国还没有从日俄战争中恢复过来之机，通过战争削弱协约国的力量。威廉二世指出：“为什么我们应该阻止战争的到来呢？难道只是为了让俄国进行战争准备吗？不，趁着俄、英、法三国现在处于困境时，就让战争爆发吧！”
面对德国为首的同盟国集团咄咄逼人的攻势，协约国也在进行战争准备。除了扩充军备之外，也制订了详细的作战计划。法国制订了所谓的第十七号计划。据此，法军将根据德军的动向，把左面的凡尔登——麦斯一线和右面的孚日山脉一线作为实施突击的主要方向。俄军则将西部各集团军组成两个集团，北方方面军对付德国，南方方面军对付奥匈。英国则于1911年开始成立由陆、海军和一些部的代表组成的专门动员委员会，负责制定统一动员以及和平转入战争状态的日程计划。由于在海军竞争中德国的实力不断上升，英国也希望尽早战争，以便消灭现在仍弱于自己的德国海军。
两大对立的军事集团都在准备战争。1914年的萨拉热窝事件终于成为人类历史上第一次世界大战的导火线。
1914年6月28日，奥匈帝国在波斯尼亚首府萨拉热窝进行军事演习，把塞尔维亚当作假想敌人。其间，负责指挥的奥匈王储斐迪南大公被塞尔维亚极端民族主义分子刺杀。奥匈决定惩罚塞尔维亚，但又顾虑俄国的干涉，遂请求德国支持。德国将这一事件视为开战的绝佳借口。德军总参谋长小毛奇甚至表示，在可预期的时间内，不会再出现“在军事上如此有利的”时机。德皇威廉二世在给德国驻奥匈大使的批复中也急不可待地表示：“要么现在就干，要么永远不干。”7月5日，威廉二世在波茨坦接见奥匈大使时明确表示，全力支持奥匈对塞尔维亚的军事行动，如果俄国干涉，德国将与奥匈共同对俄作战，他甚至敦促奥匈对塞尔维亚发动战争。
德国之所以急于利用萨拉热窝事件开战，主要出于以下考虑：第一，通过几十年的发展，德国的经济和军事实力有了大幅度的提高，德国已经成为欧洲最强大的经济和军事力量。德国有能力进行一场针对法俄的战争；第二，法国在普法战争后，军事实力明显提高。俄国在日俄战争后军事力量也恢复很快。德国必须在法俄两国做好充分的战争准备之前，摧毁其战争能力；第三，大战前，英国玩弄两面派手法，一面向德国发出愿意改善两国关系的信息，表示愿意尽力防止战争的发生，一面又竭力挑拨怂恿俄国对德作战，以打击和削弱主要对手德国。英国的这种态度不仅给原本信心不足的俄国壮了胆，也使德国产生了错觉，似乎英国不愿卷入战争。而德国认为，只要英国保持中立，德军可以用闪击战迅速打败法俄集团。
7月23日，奥匈在德国的支持下，向塞尔维亚发出内容苛刻的最后通牒，并限令48小时内答复。甚至事先得知通牒内容的德国也认为有些过分：“为保持一个独立国家的尊严，塞尔维亚显然不会接受这些条件，结果只有战争。”最后，尽管塞尔维亚几乎接受了奥匈的全部要求，奥匈仍于7月28日向塞尔维亚宣战。
对于奥匈的威胁，以斯拉夫人保护者自居的沙皇俄国不会坐视不管。7月30日，俄国开始总动员。次日，德皇威廉二世向俄国发出最后通牒，要求取消总动员令。在俄国拒绝这一要求后，德国政府于8月1日向俄国宣战。同日，德国向法国发出最后通牒，询问在德俄战争中法国是否保持中立，限18小时内明确答复。法国以秘密动员作答复。8月3日，德国制造谣言，说法国飞机越境轰炸德国铁路，向法国宣战，并按照史里芬计划，通过比利时领土，向法国进攻。英国则以德国侵犯比利时中立为由，于8月4日向德国宣战。1915年5月，原来的同盟国成员之一的意大利倒向协约国，向德奥宣战。美国也借口德国实行无限制潜艇战，于1917年4月6日向德国宣战。到1918年大战结束时，全世界总共31国参加战争，其中同盟国方面只有德国、奥匈、土耳其、保加利亚4国。
战争双方都有明确的掠夺计划。德国的战争目的是要在欧洲大陆打败俄国和法国，建立起一个北起波罗的海、北海，南到亚德里亚海，从柏林到巴格达的中欧帝国，范围包括比利时、荷兰、法国的一部分、乌克兰、波兰、波罗的海沿岸、斯堪的纳维亚半岛、巴尔干以及西亚地区；在海上要打垮英国的垄断地位，同时抢夺英、法等国的殖民地和势力范围，建立起世界霸权。战争开始以后，作为主战场的欧洲很快形成了三条主要战线：西线从北海向南一直延伸到瑞士边境，由德国对英法作战；东线北起波罗的海，南到罗马尼亚，由德奥对俄国作战；南线沿多瑙河到萨瓦河展开，由奥匈对塞尔维亚作战，1915年以后意大利也加入了南线对奥匈的战争。
1914年的战争进程是以史里芬计划的破产为特征的。战争开始以后，德军按照事先制定的史里芬计划，集中5个集团军150万大军于西线，大举进攻法国。8月4日，德军不宣而战，攻入比利时。此后德军在法国边界发动一系列战役，遭重创的法军被迫后撤，并重新部署力量。9月，英法联军进行反攻，双方集结约200万兵力会战于马恩河。在英法联军的顽强反击下，德军进攻受挫，占领巴黎的计划没有实现，速决战破产。德军总参谋长小毛奇因此辞职。
就在西线德军侵入比利时之际，俄军在东线发动了对德国的进攻。由于俄军兵力是德军的两倍，实力悬殊的德军一度后撤。此后德军从西线调兵东援，并任命兴登堡和鲁登道夫指挥东线作战。8月下旬，兴登堡集中优势兵力围歼俄军第二集团军，接着又击败俄军第一集团军，将俄军赶出德国，并进入俄属波兰作战。东线作战虽以俄军失败告终，但实现了牵制德军的目的。
1915年以后，战争进入相持阶段。在西线，英法联军虽然挫伤了德军的锐气，但无法在短期内打败德军。在这一年内，西线战场英法军队死伤150多万人，德军损失60多万人。由于西线进入僵持阶段，德军决定改变史里芬计划，首先在东线决战。从1915年2月开始，德军陆续发动了对俄军的进攻。到1915年9月，德国东线兵力已达65个师，加上奥匈军队，共计107个师，占德奥集团总兵力一半以上。德奥军队相继占领了华沙、布列斯特等地，俄军溃不成军。9月底，德军攻势停顿下来。双方在里加湾到德涅斯特河上游一线转入阵地战。
1916年是第一次世界大战关键性的一年。在1915年，虽然德军在东线取得了对俄军的巨大胜利，但德军惧怕重蹈拿破仑覆辙，不敢深入，于是又转向西线寻求与英法联军决战，以便打破僵局，尽速结束战争。为此，德军选择了作为巴黎门户和法军整个战线支撑点的凡尔登作为进攻的主要目标。从1916年2月开始，德军先后投入46个师，在近10个月的时间内，对凡尔登发动了猛攻。法军则调动了66个师全力死守，挡住了德军的一次又一次猛烈进攻。在这一战役中，双方伤亡达80万人。德军猛攻不克，总参谋长法尔根汉因此被撤职。凡尔登战役是第一次世界大战期间德军进攻的顶峰。此战不胜，从134第二章近代工业化与德意志帝国的兴亡此战争形势对同盟国日益不利。
在凡尔登战役期间，法英两国为了牵制德军，决定发动索姆河战役，由英军担任主攻。这次战役从7月1日开始，到11月结束。在这次战役中，英军首次使用了坦克，给在战壕中防守的德军以巨大威胁。但德军很快就发明了反坦克炮。索姆河战役的激烈程度丝毫不亚于凡尔登战役。几个月中，英军损失40万人，法军损失20万人，德军损失50万人。这次战役虽然没有取得巨大战果，但牵制了德军，使之放松了对凡尔登的攻势。
以上两次战役后，双方再次进入阵地战。但这时形势对协约国日益有利。在巨大的战争消耗面前，协约国的人力物力资源的优势凸显出来。他们的军事装备开始赶上同盟国，而军力上已经大大超过同盟国。1916年，协约国军力达425个师，同盟国只有331个师。
除了陆上战役外，1916年还发生了第一次世界大战期间规模最大的日德兰海战（德国人称之为斯卡格拉克海战。）。是年5月31日，由谢尔率领的大洋舰队为了打破英国的海上封锁，与杰利科率领的英国主力舰队在北海的日德兰半岛附近展开激战。在这次战役中，英国出动战舰148艘，总吨位125万吨，官兵60000人，德国出动战舰99艘，总吨位66万吨，官兵45000人。战斗从下午2点打到晚上。激战结果，英军损失战舰14艘，死伤及被俘6700多人，德军损失战舰11艘，死伤3000余人。英方损失战舰吨位比德国多一倍。总体上看，虽然德国舰队在这次战役中给英国舰队以重创，但是，由于英国海军实力雄厚，打破英国海上封锁的目的没有达到，更没有动摇英国的海上霸权。
1917年战事以无限制潜艇战和美国的参战为特征。到1916年底，交战双方呈现势均力敌的状态，任何一方都没有取得决定性的胜利。在此情形下，以德国为首的同盟国集团为了转移国内反战压力，首先展开和平攻势，于1916年12月12日向中立国以及协约国提出了和谈的建议，但绝口不谈如何处置它占领的俄、法、比等国的大片领土。协约国集团则于12月30日提出了同盟国退出法、俄等国领土，赔偿战争损失以及解放奥匈和土耳其境内被压迫民族的方案，但不提开战以来夺取的德国海外殖民地问题。最后，由于和平分赃条件无法谈妥，双方从1917年开始重新将重点转向军事攻势。
第一次世界大战开始以后，德国就积极进行潜艇战，以便打击英国的海上优势。仅1916年内，德国就击沉英国船只270多艘，总吨位达125万吨。只是受到中立国特别是美国的抗议，怕美国因此参战，德国才未敢放开手脚。1917年1月以后，德国军方决定实行“无限制潜艇战”，以期迫使英国在6个月以后投降。凡是在英吉利海峡航行的一切船只，均成为德国潜艇攻击的对象。当有人提出此招可能招致美国的参战时，德国军方的答复是：美国没有能参战的军队，并且潜艇战不会让一个美国士兵来到欧洲。此后几个月，无限制潜艇战取得了一定的战果，协约国损失惨重。凡自英国开出的船只，每4艘就有一艘被击沉。但是，协约国很快发展了反潜战术，保证其海上运输的安全。结果，无限制潜艇战未能迫使英国求和，反而给了美国参战的借口。
大战开始以后，绝大多数美国民众反对参战。于是，美国就在“中立”的旗帜下与交战双方大做军火生意。同时，美国利用欧洲列强忙于战争的机会，积极向加勒比海和中南美洲扩张。战争期间，由于英国海军的封锁，美国在经济上与同盟国的接触减少，与协约国的联系却日益密切。到参战前，美国提供给协约国的物资和贷款已经达到200亿美元。这种经济联系使美国更加关心协约国的命运，担心协约国失败会使美国丧失实际利益。因此，在1916年以后，美国的参战舆论逐步上升。1917年俄国二月革命后，美国更是担心俄国退出战争，造成协约国的失败，于是借口德国实行无限制潜艇战袭击美国商船，于1917年4月6日向德国宣战。美国的参战使整个军事形势向协约国一方倾斜。美国不久就派出大批军队参加欧战，除了大批潜艇、驱逐舰参加反对德国的潜艇战以外，还陆续派出陆军200万人。继美国之后，中国、巴西、加拿大等国也加入协约国方面作战，从而形成了协约国对同盟国的绝对优势。
1917年11月7日，俄国爆发十月革命，宣布退出战争。各交战国也出现了空前高涨的反战运动。此时，德国利用东线停战之际，在西线集结了205个师、16000门大炮和3000架飞机，在1918年3——7月间对协约国发动了5次进攻，想趁美军到达欧洲战场之前彻底击溃英法军队，结束战争，但是遭到协约国的顽强阻击，企图没有得逞。与此同时，受到人民起义和暴动的打击，保加利亚、土耳其、奥匈等同盟国在9月末到11月初先后宣布投降。
山穷水尽、四面楚歌的德国政府在胜利无望之下，于1918年10月4日接受了美国总统威尔逊的“十四点和平纲领”。但是德国最高统帅部仍企图利用谈判之际进行军事冒险，命令海军出击，遭到水兵们的拒绝。11月，德国爆发革命。德皇威廉二世宣布退位，仓皇逃亡荷兰。德意志帝国存在了48年后寿终正寝。1918年11月11日，德国中央党政治家埃茨贝格在德法边境的贡比涅签订了停战协定，德国正式投降。长达4年之久的第一次世界大战结束。