Действия начала 1915 года показали, что сложившийся тип военных действий создает огромную нагрузку на экономики воюющих стран. Новые сражения требовали не только мобилизации миллионов граждан, но и гигантского количества вооружений и боеприпасов. Довоенные запасы оружия и боеприпасов исчерпались, и воюющие страны начали активно перестраивать свои экономики под военные нужды. Война из сражения армий постепенно стала превращаться в сражение экономик. Активизировались разработки новой военной техники, как средства выхода из патовой ситуации на фронте; армии становились все более и более механизированными. Армии заметили значительную пользу, приносимую авиацией (разведка и корректировка артогня) и автомобилями. Усовершенствовались методы траншейной войны — появились траншейные орудия, легкие минометы, ручные гранаты.

Франция и Россия снова предприняли попытки скоординировать действия своих армий — весеннее наступление в Артуа было призвано отвлечь германцев от активного наступления на русских. 7 июля в Шантильи открылась первая Межсоюзническая конференция, направленная на планирование совместных действий союзников на разных фронтах и организацию различного рода экономической и военной помощи. 23—26 ноября там же состоялась вторая конференция. Было признано необходимым начать подготовку к согласованному наступлению всех союзных армий на трех главных театрах — французском, русском и итальянском.

Зимняя операция в Восточной Пруссии.В феврале русская армия предприняла очередную попытку наступления на Восточную Пруссию, на этот раз с юго-востока, из Мазурии, от города Сувалки. Плохо подготовленное, необеспеченное артиллерийской поддержкой наступление мгновенно захлебнулось и перешло в контрудар немецких войск, так называемую Августовскую операцию (по названию города Августов). К 26 февраля германцам удалось вытеснить русские войска с территории Восточной Пруссии и продвинуться в глубь Царства Польского на 100—120 км, захватив Сувалки, после чего в первой половине марта фронт стабилизировался, Гродно остался за Россией. 20-й русский корпус был окружен и почти полностью уничтожен. Несмотря на победу германцев, их надежды на полное крушение русского фронта не оправдались. В ходе следующего сражения — Праснышской операции (25 февраля — конец марта) — германцы встретились с ожесточенным сопротивлением русских войск, перешедшим в контратаку в районе Пшасныша, приведшей к отходу германцев на довоенную границу Восточной Пруссии (Сувалкская губерния при этом осталась за Германией).

Зимняя операция в Карпатах.9— 11 февраля австро-германские войска начали наступление в Карпатах, особенно сильно нажимая на наиболее слабую часть русского фронта на юге, в Буковине. В то же время русская армия начала встречное наступление, рассчитывая перейти Карпаты и вторгнуться в Венгрию с севера на юг. В северной части Карпат, ближе к Кракову, силы противников оказались равными, и фронт за время боев в феврале и марте практически не сдвинулся, оставшись в предгорьях Карпат с российской стороны.

Но на юге Карпат русская армия не успела сгруппироваться, и концу марта русскими войсками была потеряна большая часть Буковины с Черновцами. 22 марта пала осажденная австрийская крепость Перемышль, сдалось более 120 тыс. человек. Взятие Перемышля стало последним крупным успехом русской армии в 1915 г.

Горлицкий прорыв. Начало Великого отступления русских армий — потеря Галиции.

К середине весны ситуация на фронте в Галиции изменилась. Германцы расширили зону своих операций, перебросив на северную и центральную часть фронта в Австро-Венгрии свои войска, более слабые австро-венгры теперь отвечали только за южную часть фронта.

На участке в 35 км германцы сосредоточили 32 дивизии и 1500 орудий; русские войска уступали по численности в 2 раза и были полностью лишены тяжелой артиллерии, начала сказываться и нехватка снарядов основного (трехдюймового) калибра. П. Д. Долгоруков вспоминал: «Уже в начале 1915 года, когда я со своим передовым отрядом союза городов был в Галиции, на сотни германо-австрийских снарядов мы выпускали десятки, а потом единицы.

Снарядов не было. Мы всю зиму проработали в Тарнове на Дунайце под ударами 16-дюймовой “Берты”, которая образовывала воронки в десять аршин диаметром, дробила окна, засыпала нас землей и камнями… И нельзя было в таких случаях показаться не только автомобилю, но и пешим, чтоб не быть забросанными снарядами. А у нас Радко Дмитриев, командующий 3-й армией, объезжая фронт, все время только и говорил: “Берегите снаряды!”».

Другой участник боев вспоминал: «Не хватало боеприпасов. Из трех снарядов, выпущенных нашей батареей, два не взорвалось. Немцы ответили несколькими залпами тяжелой артиллерии».

19 апреля (2 мая) германские войска начали наступление на центр русской позиции в Австро-Венгрии — Горлице, нацелив основной удар на Львов (Горлицкий прорыв). Дальнейшие события сложились неблагоприятно для русской армии: численное преобладание германцев, неудачное маневрирование и использование резервов, нарастающая нехватка снарядов и полное преобладание германской тяжелой артиллерии привели к тому, что к 22 апреля (5 мая) фронт в районе Горлиц был прорван. Начавшийся отход русских армий продолжался до 9 (22) июня (Великое отступление 1915 года). Весь фронт южнее Варшавы передвинулся в сторону