В ответ российское правительство заявило о начале мобилизации, проинформировав Берлин, что она носит оборонительный характер. К этому времени Россией были получены подтверждения от Франции и Англии о готовности исполнить союзнический долг. Хотя для германских правящих кругов вопрос о начале войны был решен, Вильгельм II направил Николаю II телеграмму, в которой предлагал посредничество между Россией и Австро-Венгрией и просил не торопиться с военными приготовлениями. Это кайзеровское послание, как и последующие, преследовало цель возложить ответственность за развязывание масштабной войны на Россию. Попытке Николая II заменить всеобщую мобилизацию частичной решительно воспротивился Генштаб, поскольку плана таковой не существовало. Сазонов сумел убедить царя в необходимости всеобщей мобилизации с 17 (30) июля 1914 г. В ответ германское правительство в своем ультиматуме России потребовало в течение 12 часов ее прекратить. Пытаясь оказать давление на Николая II, кайзер в очередной телеграмме подчеркивал: «Вся тяжесть решения ложится теперь исключительно на тебя, и ты несешь ответственность за мир или войну». Вечером 19 июля (1 августа) 1914 г. германский посол в России Ф. Пурталес вручил С. Д. Сазонову ноту с объявлением войны. Принятый 1 августа (по нов. ст.) царский Манифест извещал о вступлении России в войну.

24 июля (6 августа) объявила войну России Австро-Венгрия. В последующие дни взаимные объявления войны сделали другие европейские государства, а также Япония, выступившая на стороне Антанты. Италия и Турция, являвшиеся сторонниками Тройственного союза, первоначально уклонились от участия в войне. Однако германское давление на младотурецкое правительство было велико, и уже в октябре 1914 г. турецкие корабли без предупреждения обстреляли Севастополь и Одессу. Италия, объявив в мае 1915 г. войну Австро-Венгрии, присоединилась к Антанте.

Масштабы Первой мировой войны в целом и участия каждой отдельной страны поражали воображение современников, что породило по ее окончании в Западной Европе кризис массового общественного сознания, отразившийся в философии, историографии и художественной литературе. Война продолжалась свыше 4 лет — по 11 ноября (нов. ст.) 1918 г. В ней участвовало 38 государств мира, на ее полях сражалось более 70 млн человек. На стороне Антанты воевали 34 страны, а в составе австро-германского блока — только Германия, Австро-Венгрия, Болгария и Турция. Боевые действия происходили в Европе, Азии и Африке, но исход войны решился на Западном (Бельгия, Франция) и Восточном (Россия) фронтах.

По российским законам в большой европейской войне обязанности Верховного главнокомандующего возлагались на императора, чему Николай II намеревался последовать. Однако он столкнулся с решительными возражениями министров и даже И. Л. Горемыкина, считавших нежелательным отсутствие царя в столице. Вынужденный согласиться с их мнением, царь оговорил, что вернется к этому вопросу. Верховным главнокомандующим был назначен великий князь Николай Николаевич-младший. По закону власть военного министра не распространялась на действия армии на фронте, а ограничивалась только вопросами формирования и комплектования войск, их последующего боевого и материального обеспечения. При усложнении характера войны, увеличении ее масштабов, совершенно новой взаимосвязи, которая возникла между фронтом и тылом, такое распределение обязанностей не способствовало оперативному решению вопросов, порождало излишние согласования, безответственность в управлении и ненужное соперничество. Последнее подогревалось благоволением либералов и думских кругов к великому князю. К военному министру В. А. Сухомлинову они относились более чем враждебно, исходя из его известных обществу легкомысленности и мздоимства. В годы войны распространились слухи о недостаточной бдительности министра и даже попустительстве деятельности в пользу Германии лиц из ближайшего к нему окружения.

Военная кампания 1914 г. Первые же месяцы войны обнаружили крах первоначальных стратегических замыслов ее участников. Особенно ощутимыми выглядели неудачи германского плана, предусматривавшего нанесение в течение 2–3 месяцев мощных ударов сначала по Франции, а затем — по России. В начале августа германские войска вторгаются в Бельгию и Люксембург, а в двадцатых числах, продвигаясь в глубь Франции, устремляются к Парижу. Однако в итоге вторжения, и особенно в сражении на реке Марне, начавшемся 5 сентября 1914 г., немцы не смогли разгромить основные англофранцузские силы. Эти неудачи во многом объясняются действиями русских войск на Восточном фронте.

Не дождавшись завершения мобилизации, сосредоточения армий на запланированных позициях и уступив настойчивым просьбам французского правительства, русское командование перешло к активным действиям. Восточно-Прусская операция предусматривала охват вражеской группировки с флангов. 1-я армия под командованием генерала П. К. Ренненкампфа наступала в обход Мазурских озер с севера, чтобы отрезать немецкие войска от Кенигсберга и Вислы. 2-я армия под командованием генерала А. В. Самсонова перекрывала отход немцев за Вислу. Русские войска, имея превосходство перед противником по всем позициям, могли рассчитывать на успех начавшейся 2 (17) августа операции. В ходе ожесточенных боев обе армии заставили противника отступать на запад. Однако германское командование, выявив отсутствие должного взаимодействия между русскими войсками, сумело нанести им тяжелое поражение. Два корпуса 2-й армии были окружены, и большая часть воюющих сдалась в плен, а Самсонов застрелился. На исходные позиции была отброшена 1-я армия. Потери Северо-Западного фронта составили почти 80 тыс. солдат и офицеров. Вторжение русской армии в Восточную Пруссию в итоге спасло Францию от поражения, заставив германское командование перебросить на восток дополнительные силы и в дальнейшем оставить на русском фронте значительную группу войск.

Еще более масштабной операцией на Восточном фронте стала Галицийская битва, длившаяся с 5 августа по 8 сентября (18 августа — 21 сентября). В ней были задействованы 4 армии русского Юго-Западного фронта, развернутых против трех австро-венгерских, всего участвовало с обеих сторон до 2 млн человек. Командующий фронтом генерал Н. И. Иванов и начальник его штаба генерал М. В. Алексеев предполагали уничтожить основные силы АвстроВенгрии. Отразив натиск австро-венгерских войск, 8-я русская армия под началом генерала А. А. Брусилова и 3-я под командованием генерала Н. В. Рузского перешли в контрнаступление, заняв Львов и Галич. Военная мощь Австро-Венгрии, потерявшей более 400 тыс. человек, была значительно подорвана, не позволив ей в дальнейшем действовать без поддержки германских войск. Галицийская битва упрочила военно-стратегическое положение России, а главное — помогла армиям Франции и Англии.

Проходившая с 28 сентября по 8 ноября (И октября — 21 ноября) Варшавско-Ивангородская операция началась удачным наступлением немецкой армии в поддержку австро-венгерских частей в Галиции. Однако, понеся большие потери в попытках захватить ивангородскую крепость, германские войска отступили от Варшавы. Русские армии в ходе успешного контрнаступления отбросили противника к границам Силезии, но оторванность от тыловых баз заставила прекратить наступление. Между тем противник, используя разветвленную железнодорожную сеть, быстро мобилизовал резервы. И (24) ноября началась Лодзинская операция, одна из самых сложных в ходе войны. Немцам удалось вклиниться между двумя армиями Северо-Западного фронта. В конце ноября стало очевидно, что истощенные в кровопролитных боях за Лодзь русские армии, несмотря на успешный контрудар, не имеют возможности продвинуться в глубь Германии, а немецкие — окружить и уничтожить их. Противники перешли к обороне.

После вступления в войну Турции был открыт Кавказский фронт, на котором российский Генштаб, учитывая тяжесть боев на Восточном, решил ограничиться активной обороной. Численность русских войск на Кавказе (170 тыс. штыков) была меньше турецких. Сарыкамыьиская операция на этом фронте, проводившаяся русским командованием с 9 по 25 декабря (22 декабря — 7 января) 1914 г., закончилась разгромом 3-й турецкой армии. В дальнейшем Турция не смогла восстановить свою боеспособность на Кавказе.