在东线的西南战场上，俄军击败了奥匈军队；德军从西线抽调部队支援奥匈，亦被俄军击退。俄军包围普热密斯耳要塞，进抵喀尔巴阡山麓。从9月下旬到12月中旬，双方军队曾多次发动进攻，但彼此进展不大。到12月底，在东线也呈现出近似阵地战的状态。在巴尔干战线上，装备很差但士气昂扬的塞尔维亚军队英勇抗击奥匈军队。从8月到12月，奥匈军队曾三次侵入塞尔维亚，两度占领贝尔格莱德，但均被塞尔维亚军队击退。到12月，奥匈军队已被全部逐出塞尔维亚。除上述欧洲大陆上的三条战线外，战争也在西亚、非洲和远东地区进行。土耳其于1914年11月14日正式向协约国宣战后，英国乘机于18日宣布埃及脱离土耳其，成为自己的“保护国”。以后几年内，英国又攻入美索不达米亚，占领巴格达，进军巴勒斯坦、叙利亚等地。在非洲，英军乘机攻占了德国的非洲殖民地：多哥、喀麦隆、德属西南非和德属东南非等地。在远东，日本在英军的协助下，占领中国山东，于11月攻占了青岛。在这个期间，日军还相继占领了太平洋上的马绍尔、马里亚纳和加罗林等德属诸群岛。
1915年1月至3月，在东线发生了几次大规模的战斗。俄军占领了喀尔巴阡山隘口，驻守普热密斯尔要塞的12万奥匈军队向俄军投降，但俄军再次进攻东普鲁士时却被德军击败。
5月，德奥集中了18个师和2000门大炮的强大兵力，由德国将军麦根逊指挥，在俄军西南战线长达30公里的地方发动进攻，突破俄军战线。俄军被迫全线退却，到9月中，俄军阵线才稳定下来。5个月当中，俄国丧失了波兰、立陶宛、波罗的海沿岸的部分地区，俄军伤亡达85万人，被俘达90万人。沙皇尼古拉二世撤了尼古拉耶维奇大公最高统帅的职务，自任最高统帅。到9月底，东线进入了阵地战。
同年4月间，英、法还派遣一支8万人的远征军在达达尼尔海峡的最南端登陆，占领了加利波利半岛的南端，但在德国将领指挥下的土耳其军队阻止了英法军队的前进。8月，英国又派了10万军队登陆，在占领了17公里宽、4公里深的狭长地带后，进路又为土耳其军队所阻。1915年底，英军不得不放弃占领达达尼尔海峡的计划，将部队撤走。
意大利于1915年5月底参加协约国方面作战。它原是同盟国的成员之一，战争爆发后宣布中立。意大利统治阶级向交战双方讨价还价，经过谈判，协约国答应了意大利的要求。1915年4月26日，英、法、俄、意四国在伦敦签订了秘密协定。根据这个协定，战后，意大利可以得到蒂罗尔南部、特伦的诺、的里雅斯特、伊斯特里亚、达尔马提亚和小亚细亚的部分领土。5月23日，意大利向奥匈宣战。
意大利参战，对整个战局并没有发生重大影响。从6月6日到12月23日，意大利出动了39个师，在依崇佐河畔举行了4次进攻，损失了几十万人，但未取得什么成果。
1915年，交战国双方都在继续进行争取保加利亚的斗争。保加利亚统治阶级也乘机向双方讨价还价，它要求得到马其顿和多布鲁查，同盟国同意了它的领土要求。保加利亚看到同盟国在东线的胜利，以为德、奥必胜，于是在1915年9月3日，同德、奥、土签订了军事协定，决定参加同盟国方面与协约国作战。
保加利亚参战后，9月底，同盟国在奥塞边境集中了35万德、奥军队，在保塞边境集中了30万保加利亚军队，准备给塞尔维亚以致命的打击。塞尔维亚只有25万军队在抵抗德、奥、保三国军队。10月5日，德奥军队从北面进攻，占领了贝尔格莱德，把塞军压向南方。12日，保军从东面进攻，切断塞军退往希腊的道路。
1915年初，英法联军按照法军总司令霞飞的计划，进行了若干次进攻，企图突破德军阵线，迫使德军退到马斯河对岸来结束战争。结果，损失了几十万士兵的生命，却无进展。在4月间的伊普尔战役中，德军第一次使用了毒气，英法军队遭到巨大损失。之后，英法也使用了化学武器。这一年，德国齐伯林飞艇开始轰炸英国，这是历史上远距离对敌人大后方的第一次轰炸。战争初期，双方已把飞机用在军事上，主要是用于侦察和指挥炮兵射击，以后才较大规模地用在战争中。
德国为了进攻凡尔登，从各个战场调了17个师27万人的兵力和1400多门大炮。法国在凡尔登只有10万名守军和600多门大炮。1916年2月21日，战斗开始。德军以空前强大的火力向凡尔登附近的狭窄的三角地带猛烈攻击，整整一天，密集的炮弹和燃烧弹不停地轰击，还施放了毒气。德军炮击以后，21日黄昏和22日，步兵主力就向法军冲击，两军展开肉搏战。25日，德军占领了控制凡尔登要塞和整个地区的都蒙高地。法军阵线被切成数段，与后方的交通线也全被断绝。6月中，德军已进逼到距凡尔登只有6公里的地方，法军拼死抵抗，战斗一直持续到年底。法国全国军队70个师当中有66个师先后参加过这次战斗；德国则投入了46个师。由于法军的坚决抵抗，以及其他战线的配合，减轻了法军的压力，德军始终未能攻占凡尔登，这场大规模的流血厮杀，双方伤亡总数达百万余人。
协约国于7月1日在索姆河畔发动大规模攻势，由英军担任主攻。这是一场巨大的消耗战，双方伤亡达120万人。这次战役中，英国研制的新式武器——坦克首次投入战斗。凡尔登和索姆河两个战役一直持续到1916年底，双方伤亡已近200万人。
当凡尔登战役还在激烈进行的时候，德军指挥部命令海军出击，于5月31日至6月1日，英、德海军在北欧日德兰半岛的斯卡格拉克海峡展开了一场恶战，这就是日德兰海战。英国出动151艘军舰，德国出动了101艘，激战结果，英舰损失14艘，德舰损失11艘。德国海军未能打破被动局面，只得退回海军基地，不敢出海了。
在南部战线上，奥匈军队于5月15日开始向意大利军队进攻。意军损失惨重；奥匈军突入威尼斯平原，从后方威胁着依崇佐河意军的防线。意大利向俄国紧急求助，俄国统帅部命令布鲁西诺夫指挥俄军从6月4日起在西南战线展开全面进攻。俄军突破奥匈战线，占领布柯维纳和加里西亚的一部分，并重新占领了喀尔巴阡山山隘，俘虏了奥匈军40余万人。
俄军在西南战线的胜利，吸引了罗马尼亚参加协约国方面作战。8月17日，英、法、俄、意和罗马尼亚签订秘密条约，承认罗马尼亚战后合并特兰西瓦尼亚和巴纳特。28日，罗马尼亚正式对同盟国宣战。9月，保加利亚军队和德军分别攻入罗马尼亚；12月，德军占领了布加勒斯特，罗马尼亚被击溃。德奥集团占领罗马尼亚后，夺取了它们所急需的粮食和石油。罗马尼亚的溃败，使协约国东部战线又延长了500公里。
1917年，俄国各地发生了反对帝国主义战争的示威和政治罢工。3月12日（俄历2月27日），在布尔什维克党的号召下，彼得格勒的工人和士兵举行武装起义，推翻了统治俄国达300年之久的罗曼诺夫王朝。武装的工人和士兵在起义中建立了工兵代表苏维埃。12月，美国又对奥匈帝国宣战。
美国的参战，加强了协约国的实力。由于德国实行无限制潜艇战，触犯了许多中立国，引起举世义愤。美国抓住这一时机参战，政治上的影响也很大。许多中立国纷纷倒向协约国一边，古巴和巴拿马紧随美国之后对德宣战。接着，中国、希腊、巴西、利比里亚和暹罗（泰国）也对德国宣战。
俄国二月资产阶级民主革命胜利后，在列宁的领导下，布尔什维克党提出了“全部政权归苏维埃”的口号，号召人民乘着国内的大好革命形势，把资产阶级民主革命推进到社会主义革命。经过重新组织和积聚力量，1917年11月7日（俄历10月25日），工人和革命的士兵成功地发动了武装起义，推翻了资产阶级临时政府，建立人类历史上第一个社会主义国家。
十月社会主义革命胜利后的第二天，即1917年11月8日，全俄苏维埃第二次代表大会通过了《和平法令》，提出立即缔结不割地、不赔款的和平协定的建议。
1917年12月，协约国拒绝了苏维埃政府的和平建议。于是，苏维埃政府就同德国单独进行谈判，双方签订了停战协定。
1918年3月，德军在西线开始进攻。德军投入兵力197个师。英法投入167个师。双方都有近1万门轻型炮和6000门重炮。德军有3000架飞机，英、法有3800架。德国有200辆坦克，英法有800多辆。
德国共举行了4次大规模的进攻。第一次从3月21日持续到4月4日，德军进攻的主要目标是亚眠。50万德军在长达90公里的战线上发动进攻，突破了英、法防线，并使英、法军队失去了联系。德军在一些地方向前推进了60公里。但英军一边退却，一边增援，终于堵塞了缺口，把战线稳定了下来，德国的战略目标没有达到。
经过这次战斗，协约国为了加强统一指挥，组成了联军指挥部。4月4日，法国福煦将军被任命为联军总司令，英国远征军司令海格、美军司令潘兴都受他的指挥。
9日，德军开始了第二次攻势。德军以44个师的兵力向英军左翼进攻，战斗一直延续到30日。德军向前推进了15至20公里，并俘虏了一些英军，缴获了许多战利品，但德军也伤亡了14万人。
从5月27日到6月4日，德军发动了第三次攻势，占领了苏瓦松，渡过马恩河，距巴黎仅37公里。德军虽然可用远程大炮轰击巴黎，但仍然没有达到歼灭英、法联军的目的。
7月15日，德军发动了第四次也是最后一次攻势，战线延伸到兰凯斯两侧长达100公里的地方，德军向南进攻。战斗仅两天，德军就遭到惨败，损失了16万人。
在这为时4个月的4次攻势中，德军损失70万人，德军兵源枯竭，军火匮乏。
8月8日，联军总司令福煦下令反攻，在亚眠一带就消灭了德军16个师。9月，协约国军队全线出击，迅速突破兴登堡防线。
同盟国的困难越来越大。首先是保加利亚支持不下去了。1918年9月29日宣布投降。土耳其也于10月31日宣布退出战争，与协约国签订了投降协定。曾经是中欧庞然大物、多民族监狱的奥匈帝国也开始土崩瓦解，捷克斯洛伐克、南斯拉夫、波兰、匈牙利相继宣布独立，前线士兵拒绝继续作战，奥匈帝国也打不下去了，于11月3日宣布投降。至此，同盟国只剩下德国了。它在战场上的败局，已无法挽回；国内的革命烈火，已成燎原之势。1918年11月9日，柏林的工人、士兵在李卜克内西、卢森堡等人的领导下举行武装起义，推翻了霍亨索伦王朝的反动统治，德皇威廉二世逃往荷兰。
在这种情况下，德国垄断资产阶级、容克地主为了保存反动政权，加紧与协约国帝国主义集团勾结，希望尽快订立停战协定，以便保存反动武装，镇压革命运动。协约国集团也认为，如果德国人民革命成功，协约国利用德国反动势力来扼杀苏维埃俄国的企图就无法实现，革命将危及它们自己的统治。帝国主义列强出于以上共同的目的，双方都需要停止战争。1918年11月11日凌晨5时，双方签订协定，德国宣布投降。根据协定的条款，德国必须于15天内把在法国、比利时、卢森堡、阿尔萨斯和洛林以及莱茵河左岸地区的德军撤退完毕；德军还必须全部撤出土耳其、罗马尼亚、奥匈帝国以及非洲殖民地。协定规定：德国必须交出5000门大炮、3万挺机枪、3000门迫击炮、2000架飞机、5000台火车头、15万节车厢和1万辆卡车；德国还必须交出160艘潜水艇以及70多艘各种战舰。
贡比涅停战协定的签订，标志着第一次世界大战的正式结束。