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。