К 8–9 июля состав 2-й германской армии возрос еще на 11 дивизий и 42 батареи (в том числе 27 тяжелых). Превосходство союзниц в силах сократилось с 3,8 до 1,6 раз, и сопротивление германцев росло. Операция приняла затяжной характер, борьба пошла на истощение. Союзники проводили многочисленные разрозненные атаки в целях улучшения положения своих армий и расширения прорывов стороны флангов и в глубину. Германцы, наращивая сопротивление мощными контратаками резервов ликвидировали или локализовал частные успехи. 19 июля они реорганизовали управление обороняющейся группировкой, разделив свою 2-ю армию на две: 1-ю — генерала фон Бюлова, объединившую действия дивизий севернее Сом и 2-ю — генерала М. Гальвица, которая действовала южнее Сом; За два месяца боев англичане потеряли около 200 тысяч, французов более 80 тысяч, а германцы — свыше 200 тысяч человек и вынуждены были отказаться от наступления под Верденом. (См.: История первой мировой войны 1914–1918. Т.2. С. 178.) 29 августа Фалькенгайн снят со своего поста. Начальником германского генерального стал Гинденбург.

В сентябре-октябре операция на Сомме приобрела еще более широкий размах. Со стороны англичан к ней была привлечена резервная (впоследствии 5-я) армия генерала Гафа и новое средство борьбы — танки, французы ввели в сражение 10-ю армию генерала Мишле. Действия союзников приобрели более согласованный характер. 3 сентября они предприняли объединенную атаку силами четырех армий (5 дивизий) для захвата высот между реками Соммой и Анкром. К времени германцы нарастили оборону в глубину и довели свою группировку до 40 дивизий. (См.: Зайончковский А. М. Мировая 1914–1918 гг. Т.2. С. 96.) К уже оборонявшимся войскам была добавлена еще одна армия (6-я). Новую группу армий возглавил принц Баварский Руппрехт.

Новая серия атак принесла успех англичанам и французам. К 1 сентября они достигли третьей позиции германцев, а в полосе 6-й французской армии прорвали ее. Однако развить успех было нечем. Французская пехота к этому времени уже выдохлась. 13 сентября германцы закрыли брешь и не позволили союзникам выйти на оперативный простор.

15 сентября англичане провели большую атаку, впервые применив танки. Танки были еще несовершенны, тихоходны и громоздки, а их экипажи — слабо подготовлены. Из выступивших в ночной марш к фронту 49 машин на исходное положение выдвинулось 32, а в поддержке атаки пехоты приняло участие лишь 18. Но и этого их количества оказалось достаточно, чтобы повлиять на ход боевых действий, С помощью танков англичане на фронте в 10 км за пять часов продвинулись вперед на 4–5 км. (См.: Вержховский Д. В. Первая мировая война 1914–1918 гг. С. 68–69.) Психологическую атмосферу атаки с применением танков воссоздал в своем стихотворении «Атака» английский поэт, участник первой мировой войны, Зигфрид Сэссун:

В последних числах сентября последовала новая совместная атака англичан и французов. В результате боев 25–27 октября они наконец-то овладели господствовавшими над местностью высотами между Соммой и Анкром, но это был последний их значительный успех. Окончательно прорвать оборону германцев и перейти к маневренной войне им так и не удалось. В октябре последовал еще ряд частных атак, а в середине ноября из-за истощения ресурсов и плохой погоды боевые действия были прекращены.

Операция на Сомме продолжалась 4,5 месяца и была одной из самых крупных в ходе всей войны. С обеих сторон в ней участвовало 150 дивизий, около 10 тысяч орудий, 1 тысяча самолетов и много другой техники. Союзникам не удалось одержать победы над германцами, прорвать их фронт. Они лишь вдавились в германскую оборону на фронте в 35 км и в глубину до 10 км. Ценой огромных потерь была отвоевана территория в 240 кв. км. Французы потеряли 341 тысячу, англичане — 453 тысячи, германцы — 538 тысяч человек убитыми, ранеными и пленными. (См.: История первой мировой войны 1914–1918 Т.2. С. 182.) В некоторых источниках называются другие цифры этих потерь, но они ненамного отличаются от приведенных. (См., напр.: Харботл. Битвы мировой истории. М., 1993. С. 428.)

Битва на Сомме показала полное военное и экономическое превосходство Антанты. В ходе этой операции, а также тесно связанного с ненаступлением русского Юго-Западного фронта, вырвана стратегическая инициатива из рук Германии. Сражение оказалось предвестником окончательного поражения в войне. Однако эта операция союзников вскрыла несостоятельность теории прорыва позиционного фронта средством удара в одном месте и методических атак. Своевременный отказ от этой теории А. А. Брусиловым при подготовке наступательной операции Юго-Западного фронта принес ему успех. (См. Брусилов А. Мои воспоминания. М., 1983. С. 183–186.) Англичане и французы, начавшие свою операцию на 26 дней позже русских, не сумели воспользоваться их опытом и не смогли добиться решительного успеха.