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大战爆发以后，意大利、保加利亚、罗马尼亚和希腊都宣布中立，向交战双方讨价还价。意大利在协约国集团满足其领土要求后，于1915年5月对奥匈帝国宣战，在欧洲战场上增加了第四条战线。保加利亚则在德国满足其对塞尔维亚的领土要求后，于同年9月参加中欧同盟国方面作战。
由于西线战局呈胶着状态，德军把主力转向东线，于1915年5月向俄军发起进攻，迫使俄军退回本国领土。
之后德军又把主力移向西线，于1916年2月发起凡尔登战役。该战役历时10个月之久，双方伤亡共70多万人，凡尔登战场被称为“绞肉机”、“屠场”和“地狱”。战役共分两个阶段。2—9月为德军进攻阶段，德军使用西线1/2的兵力（50个师）发起猛攻，但久攻不克。9—12月为法军反攻阶段，到12月18日收复全部失地。凡尔登战役使同盟国在西线丧失了作战主动权。
当凡尔登战役正在进行时，英法联军从6月24日到11月中发起了索姆河战役。该战役是第一次世界大战中规模最大的战役，双方投入的兵力超过150个师，也是最大的消耗战，双方损失达112万人。英法联军只夺回240平方公里的土地，但牵制了德军在凡尔登的攻势。
在东线，俄军为了支援凡尔登战役和意大利战线，布鲁西洛夫（1853—1926）指挥西南方面军发起夏季攻势，即“布鲁西洛夫攻势”，把南部战线向西推进，重新占领了加里西亚的大部分。这是俄军在大战中赢得的一次最大胜利。
经过上述三次战役，第一次世界大战的战略主动权开始转移到协约国一边，同盟国集团在西线转入战略防御。
在海上，1916年5月31日至6月1日，英、德之间爆发了日德兰海战。这是大战期间最大的一次海战，英国出动约150艘军舰，德国出动约100艘军舰。交战结果，英国的军舰损失数大于德国，但仍掌握着制海权。