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.

22 мая 1916 г. началось наступление русских армий на Юго-Западном фронте. Командующим фронтом в это время был генерал А.А.Брусилов. Все четыре армии после массированной артподготовки пошли на австрийцев.

Противник не верил в возможность успешного русского наступления. Но армии Юго-Западного фронта прорвали австрийский фронт в четырех направлениях. Наиболее успешно развивалось наступление 8-й армии, наносившей главный удар. 25 мая, разгромив австрийскую армию, русские заняли Луцк. За первые три дня наступления русские армии взяли свыше 100 тысяч пленных, но вскоре силы русских растаяли. Из попыток прорыва конницы к Ковелю для расстройства немецких тылов ничего не получилось. Наступление прекратилось.