С 15 сентября по 26 октября 1914 г. произошло крупное Варшавско-Ивангородское сражение, в котором с обеих сторон участвовало свыше 820 тысяч человек. Перелом в сражении произошел одновременно с началом наступления германских войск во Фландрии. Союзники обратились к России за помощью. В конце октября — начале ноября бои на Западном фронте достигли кульминации. В этот критический период начали сказываться результаты русского наступления в Польше. Германскому командованию вновь пришлось спасать положение на Восточном фронте. Наступление во Фландрии было приостановлено 15 ноября.
После начала мировой войны русская дипломатия стремилась предотвратить переход Турции на сторону австро-германского блока. Но этого сделать не удалось. В ночь на 16 октября без объявления войны турецкий флот напал на Севастополь, Одессу и ряд других черноморских городов. 20 октября Россия объявила войну Турции. Вступление Турции создавало новый фронт войны в Закавказье и на Черном море. Так как Средиземное море контролировалось турецким флотом, Россия отделялась от союзников. Все это затрудняло снабжение России и затягивало войну. Турция расширила фронт войны, но она не могла изменить соотношения сил между двумя коалициями.
Вернемся на Восточный фронт. Угрозу наступления русских войск германское верховное командование решило предотвратить новым наступлением на левом берегу Вислы. Эта операция получила название Лодзинской (29 октября — 12 ноября). В Лодзинской операции с обеих сторон участвовало более 600 тысяч человек, около 1500 пулеметов, 2800 орудий. В ходе боев германская армия отразила попытки вторжения русских войск в пределы своей территории. Однако ей не удалось нанести серьезных поражений русским, по-прежнему угрожавшим новым наступлением в глубь Германии.
30 ноября в Бресте состоялось совещание российской Ставки с командующими фронтами. Было указано на тяжелое положение войск, испытывающих недостаток как офицеров и солдат, так и боеприпасов. Кризис вооружения был не за горами.
Между тем турецкие армии вторглись на территорию Российской империи. На Черноморском побережье Кавказа туркам удалось оттеснить русских к Батуми, но главным направлением было эрзерумское. 9 декабря турки начали наступление на Сарыкамыш. Они намеревались отрезать главные силы русских от Карса и сбросить их в ущелье реки Аракс. Им удалось обойти Сарыкамыш с севера и прервать железнодорожную и телеграфную связь с Тифлисом. Развернулись упорные бои вблизи города, а затем и за город. В боях под Сарыкамышем 3-я турецкая армия была разбита наголову. Она потеряла 90 тысяч человек.
В начале 1915 г. русская Ставка подготовила наступление в Восточной Пруссии для захвата исходных позиций в целях нанесения главного удара на Берлин. Но германское командование решило предупредить русских и захватить инициативу широко задуманным контрударом с обеих сторон, с севера в направлении Гродно — Лида, а с юга от Карпат на участок Переяславль — Львов. 26 — 27 января германские армии начали наступление против 10-й русской армии, расположившейся перед Мазурскими озерами в Польше, Русская армия понесла большие потери и вынуждена была отойти на южный берег реки Бобр. Но не была осуществлена ни одна из задач, поставленных немецким командованием. Форсировать реку Бобр и взять героически оборонявшийся Осовец немцам не удалось. Общим наступлением трех русских армий (9-й, 12-й и 1-й), предпринятым в марте 1915 г., немцы были оттеснены в Восточную Пруссию. В районе Прасныша было взято в плен до 10 тысяч немцев. В ходе операции Ставка сменила командующего Северо-Западным фронтом. Новый главнокомандующий генерал Михаил Васильевич Алексеев был сторонником быстрейшего разгрома Австро-Венгрии и противником овладения Восточной Пруссией, фронт получил оборонительные задачи.
С апреля 1915 г. германское верховное командование подготавливало прорыв русского фронта, имея целью захват русского левого фланга, выдвинутого в Галицию. Была создана специальная 11-я армия. Местом прорыва была избрана линия Горлица — Громник. 19 апреля после почти суточной артиллерийской подготовки 11-я германская армия перешла в наступление. 3-я русская армия откатилась на восток. Войска уже не могли удержать позиции на реке Сан. Был оставлен Ярослав. 3-я армия отступила за реку Любачевку, 11-я и 9-я армии отошли за Днестр. Отступили также 2-я и 8-я армии генерала А.А.Брусилова, оставившие Перемышль. 9 июня русские войска покинули Львов. К концу июня русские войска оставили большую часть Галиции.
Немцы активизировали свои действия и на северном участке Восточного фронта. Они овладели Либавой и подошли к Митаве. С этого времени военные действия переместились в Риго-Шавельский район, откуда пути лежали к Вильно, Двинску и Риге. Для прикрытия этого направления была образована новая. 5-я армия под командованием генерала П.А.Плеве. Немцы, в свою очередь, создали новую, Неманскую армию. В июле — августе развернулись бои за Шавель и Митаву.
Главные бои на нарвском направлении начались 30 июня наступлением 12-й и 8-й германских армий. Русский фронт был прорван у Прасныша. Через несколько дней начался отход русских армий. 9-я германская армия форсировала Вислу. В связи с угрозой окружения русских войск на средней Висле было принято решение оставить Варшаву и отвести армии. Варшава была сдана противнику 22 июля. 9 августа была сдана крепость Ковно. Под угрозой окружения 10-я армия сдала Вильно. Начавшимся вскоре контрнаступлением русских войск противник был отброшен в район озер Свиpь и Нарочь, а образовавшийся прорыв закрыт.
В октябре 1915 г. фронт стабилизировался, и русские армии закрепились на рубеже: Рига, река Западная Двина, Двинск, Барановичи, Дубно, река Стрыпа.
В результате германского наступления на Восточном фронте весной и летом 1915 г. русские войска были вытеснены из большей части Галиции, Польши, из части Прибалтики и Белоруссии. В ожесточенных боях русская армия была обескровлена. С начала войны потери составили около 3,5 миллиона человек убитыми, ранеными и пленными — самые тяжелые среди воюющих стран. Свыше 300 тысяч было убито, 1,5 миллиона попало в плен, офицерский корпус потерял 45 тысяч человек. К осени 1915 г. кадровая армия была почти полностью выведена из строя. Огромный ущерб понесла армия в вооружении и снаряжении.
Потери германской и австро-венгерской армий тоже были велики. Противник потерял свыше 2 миллионов солдат. Русская армия заставила Германию главное внимание сосредоточить на Восточном фронте, тем самым предоставила союзникам почти полуторагодовую передышку, использованную ими для оснащения своих армий и подготовки к отражению германского наступления на Западном фронте в феврале 1916 г.
Военные поражения русской армии в 1915 г. вызвали острое недовольство всех слоев общества. В июне 1915 г. был уволен в отставку военный министр В.А.Сухомлинов. В конце августа император сменил великого князя Николая Николаевича на посту Верховного главнокомандующего. Его направили наместником на Кавказ и главнокомандующим Кавказской армией. Восточный фронт был разделен на три фронта. Северный прикрывал Петроград (название дано в 1914 г.), Западный — Москву и Юго-Западный — Киев. Начальником штаба Ставки, то есть фактическим военным руководителем армии, стал М.В. Алексеев.
Осенью 1915 г. положение держав Антанты ухудшилось, так как Болгария присоединилась к блоку с Германией. Началось совместное австро-германо-болгарское наступление на Сербию. Сербская армия была разбита. Англо-французские экспедиционные войска, посланные на помощь Сербии, отступили к Салоникам. Союзники потеряли Балканский полуостров. Германским войскам открывался свободный путь в Турцию.
В феврале 1916 г. началось генеральное наступление германских войск на Западном фронте в районе Вердена, имевшее целью обескровить французские войска, прорвать линию обороны и добиться победы над Францией уже в этом году.
Русские войска решили главный удар нанести по Ковно. Наступление началось 5 марта, но оно было неудачным. 16 марта операция прервалась. Однако это принесло французам облегчение. Немцы прекратили атаки на Верден. Французское командование получило драгоценную передышку, позволившую подтянуть резервы и укрепить позиции.