После выстрела в Сараево события приняли неотвратимый характер. 1 августа 1914 г. Германия объявила войну России, а 3 августа – Франции, но уже накануне, 2 августа Бельгии было вручено ультимативное требование пропустить германские войска через территорию страны к границам Франции. Бельгийское правительство отклонило ультиматум и обратилось за помощью к Великобритании. В свою очередь, английское правительство, и раньше требовавшее гарантий безопасности Бельгии, решило использовать это обращение как повод для вступления в войну против Германии.
В тот же день британское правительство послало Германии ультимативную ноту с требованием не нарушать нейтралитета Бельгии. Срок английского ультиматума истекал в 23 часа по лондонскому времени, по прошествии которого первый лорд адмиралтейства У. Черчилль отдал приказ британскому военно-морскому флоту начать боевые действия против Германии. После начала войны среди прочих стран о своем нейтралитете заявила и Голландия.
4 августа 1914 г. немецкие войска вторглись в Бельгию. Люксембург подвергся вторжению двумя днями раньше. Оба государства обладали международными гарантиями против нападения, тем не менее территория Бельгии стала одной из самых жестоких арен мирового противостояния. На западноевропейском театре военных действий германские войска занимали фронт около 400 км от голландской границы до швейцарской. Бельгийская армия под командованием короля Альберта в составе семи дивизий развернулась на реках Жет и Диль.
Бельгийская армия после двенадцатидневной упорной обороны Льежа отошла к Антверпену. 21 августа немцы без боя взяли Брюссель. Пройдя Бельгию, германские войска в соответствии с планом Шлиффена вторглись во Францию, но впоследствии, остановленные франко-английскими войсками, немецкие армии заняли позиции и на территории Бельгии. К тому же несколько дивизий были сняты для осады и охраны Антверпена.
В дальнейшем значительные боевые действия происходили во Фландрии, и весьма известным в истории первой мировой войны стал город Ипр, где впервые, во время германского наступления, несмотря на условия международной конвенции, запрещавшей использование отравляющих веществ, немецкие войска осуществили массовый баллонный выпуск хлора. В результате было отравлено 15 тысяч человек, из которых 5 тысяч умерло.
Бельгийская армия входила в состав вооруженных сил стран Антанты, военные действия унесли более 270 тысяч человек убитыми, ранеными и пропавшими без вести, что было весьма ощутимо для такой небольшой страны.
Бельгия оказалась среди стран-победителей первой мировой войны и по решению Парижской мирной конференции получала территориальную компенсацию в виде трех округов на северо-востоке страны – Эйпен, Мальмеди и Морене, и колониальных приобретений в Африке – бывших германских Руанды и Урунди. Нидерландам удалось, как и Швейцарии, остаться в годы войны нейтральной страной. Используя статус невоюющей державы, Голландия сумела выгодно использовать сложившиеся обстоятельства. Во много раз был увеличен вывоз производимой в стране продукции в воюющие государства, и, кроме того, Нидерланды стали большим центром транзитной торговли, даже между воюющими странами. В целом же победа Антанты окончательно закрепила «прозападную» ориентацию стран Бенилюкса. В последующие годы Бельгия, Нидерланды и Люксембург неизменно поддерживали политику Англии и Франции, направленную на создание новой системы международных отношений под эгидой Лиги наций.
В период между двумя мировыми войнами внутриполитическая ситуация оставалась стабильной. В 1919 г. во всех трех странах были проведены демократические реформы избирательной системы. Католические правительства в коалиции с рабочими партиями социал-реформисткого толка заложили основы прогрессивного рабочего законодательства и широкой системы социального страхования.
В 20-е гг. в станах Бенилюкса складывается, как и во всем западном мире, модель государственно-монополистического капитализма, однако характеризующаяся определенным либерализмом, связанным не только с государственным регулированием экономики, но и с предоставлением государству определенных социальных функций. Эффективность такой модели продемонстрировали кризисные 30-е гг. Почти во всех странах на фоне экономических потрясений активизировались радикальные течения, что, в частности, выразилось в фашизации многих европейских стран. Вследствие этого осложнилась и международная обстановка, так как в кризисные моменты всегда происходит движение к крайним формам внутренней и внешней политики.