В июне же началась битва на Сомме, продолжавшаяся до ноября, в ходе которой впервые были применены танки. В битве на Сомме союзники потеряли около 625 тыс. человек, а немцы — 465 тыс. человек.

На Кавказском фронте в январе-феврале в Эрзурумском сражении русские войска наголову разгромили турецкую армию и овладели городом Эрзурум, в апреле в ходе Трабзонской операции был взят город Трапезунд, в июле — августе — города Эрзинджан и Муш. Успехи русской армии побудили Румынию выступить на стороне Антанты. 17 августа 1916 года был заключен договор между Румынией и четырьмя державами Антанты. Румыния брала обязательство объявить войну Австро-Венгрии. За это ей были обещаны Трансильвания, часть Буковины и Банат. 28 августа Румыния объявила Австро-Венгрии войну. Однако к концу года румынская армия была разбита, и большая часть территории страны была оккупирована.

Военная кампания 1916 года ознаменовалась важным событием. 31 мая — 1 июня произошло крупнейшее за всю войну Ютландское морское сражение.

Все предыдущие описанные события продемонстрировали перевес Антанты. К концу 1916 года обе стороны потеряли убитыми 6 млн. человек, около 10 млн. было ранено. В ноябре — декабре 1916 года Германия и ее союзники предложили мир, но Антанта отклонила предложение, указав, что мир невозможен «до тех пор, пока не обеспечено восстановление нарушенных прав и свобод, признание принципа национальностей и свободного существования малых государств».

Положение Центральных держав в 1917 г. стало катастрофическим: для армии уже не было резервов, разрастались масштабы голода, транспортной разрухи и топливного кризиса. Страны же Антанты стали получать значительную помощь со стороны США (продовольствие, промышленные товары, а позднее и подкрепления), одновременно усиливая экономическую блокаду Германии, и их победа, даже без проведения наступательных операций, становилась лишь делом времени.

Тем не менее, когда после Октябрьской революции большевистское правительство, пришедшее к власти под лозунгом окончания войны, заключило 15 декабря перемирие с Германией и ее союзниками, у немецкого руководства появилась надежда на благоприятный для него исход войны.

1—20 февраля 1917 г. состоялась Петроградская конференция стран Антанты, на которой обсуждались планы кампании 1917 года и, неофициально, внутриполитическая обстановка в России. Генерал Николай Головин писал, что к 31 декабря 1916 г. в Действующей армии находилось 6,9 млн. человек. Однако, в эту цифру не входят еще 2,2 млн. человек, относившихся к запасным частям и 350 тыс. человек, подчиняющихся военному министру (они учитывались отдельно, в отличие от Действующей армии, подчиненной Верховному главнокомандующему). Складывая все эти подразделения воедино, получим 9,45 млн. человек.

6 апреля на стороне Антанты выступили США (после так называемой «телеграммы Циммермана»), что окончательно изменило соотношение сил в пользу Антанты, однако начавшееся в апреле наступление (Наступление Нивеля) было неудачным. Частные операции в районе города Мессии, на реке Ипр, под Верденом и у Камбре, где впервые были массированно применены танки, не изменили общей обстановки на Западном фронте.

На Восточном фронте из-за антивоенной агитации со стороны революционных партий и популистской политики Временного правительства русская армия разлагалась и теряла боеспособность. Предпринятое в июне наступление силами Юго-Западного фронта провалилось, и армии фронта отошли на 50—100 км. На Западном фронте наступательная Кревская операция, несмотря на блестящую работу русской артиллерии, не привела к прорыву фронта противника. Однако, несмотря на то, что русская армия утратила способность к активным боевым действиям, Центральные державы, понесшие огромные потери в кампанию 1916 года, не могли использовать создавшуюся благоприятную для себя возможность, чтоб нанести России решающее поражение и вывести ее из войны военными средствами.

На Восточном фронте германская армия ограничилась лишь частными операциями, никак не влиявшими на стратегическое положение Германии: в результате операции «Альбион» германские войска захватили острова Даго и Эзель и вынудили русский флот уйти из Рижского залива.

На Итальянском фронте в октябре — ноябре австро-венгерская армия нанесла крупное поражение итальянской армии у Капоретто и продвинулась в глубь территории Италии на 100-150 км, выйдя на подступы к Венеции. Только с помощью переброшенных в Италию английских и французских войск удалось остановить австрийское наступление.