На фоне многочисленных неудач русского оружия важнейшим событием весны 1915 года стала капитуляция 9 марта крупнейшей австро-венгерской крепости Перемышль, осада которой была организована Ставкой и войсками Юго-Западного фронта. Был пленен 120-тысячный гарнизон крепости, в том числе 9 генералов и более 2,5 тысяч офицеров.
Сообщение о падении Перемышля поступило в Ставку, где уже неделю находился император. Он явно не находил себе дела и мешал работе сотрудников. Получив долгожданное известие с Юго-Западного фронта, Николай Николаевич вместе с Янушкевичем и Даниловым бросились к царскому поезду. По их радостным лицам Николай II сразу же понял: случилось что-то необычное.
После завтрака по случаю падения Перемышля был отслужен благодарственный молебен. На нем присутствовали все находившиеся в Ставке генералы, офицеры и лейб-казаки царского конвоя. По его окончании царь сделал знак адъютанту и взял из его рук уже знакомую Николаю Николаевичу коробку, обтянутую синим сафьяном, в которой находились желанные любому военачальнику звезда и орден Св. Георгия 2-й степени. На следующий день царский поезд покинул Ставку.
Падение Перемышля на некоторое время укрепило пошатнувшийся было авторитет в обществе великого князя. Даже императрица и Распутин вынуждены были временно снизить активность своих интриг. И только Сухомлинов по-прежнему продолжал вредить Николаю Николаевичу, а значит, и сражавшейся русской армии. На этот раз великий князь нанес сокрушительный ответный удар военному министру. По его приказу был выслежен, арестован и обвинен в шпионаже состоявший при штабе Северо-Западного фронта полковник Мясоедов – близкий друг семьи Сухомлинова. Этот человек, пользуясь безграничным доверием военного министра, продолжительное время имел доступ к секретным документам Генерального штаба и фронта, содержание которых затем становилось известно противнику.
Разоблачив шпиона, Верховный главнокомандующий потребовал призвать к ответу Сухомлинова. Начавшееся следствие сразу же установило поступление на личный банковский счет военного министра 600 тысяч рублей, происхождение которых их владелец не смог объяснить. Этого было достаточно для немедленной отставки Сухомлинова с поста военного министра. Вместо него был назначен генерал от инфантерии А. А. Поливанов. Алексей Андреевич занимал по отношению к великому князю нейтральную позицию.
Тем временем германское командование решило помочь своему союзнику. Обстановка на Западном фронте позволяла снять несколько дивизий и перебросить их на восток, где планировалось во второй половине апреля провести наступление между Вислой и Карпатами с задачей не только отбросить русских от Карпат, но и «… потрясти всю русскую армию». Для этого на 35-километровом участке прорыва скрытно были сосредоточены значительные силы германо-австрийских войск, превосходившие противостоявшую им 3-ю армию генерала Р. Д. Радко-Дмитриева по личному составу – в два раза, по легкой артиллерии и пулеметам – в три раза, по тяжелой артиллерии – в 40 раз. При этом по запасам артиллерийских снарядов на один выстрел русской артиллерии приходилось 30–40 выстрелов противника.
19 апреля (2 мая) 1915 года противник начал прорыв в районе Горлицы. Смяв русские войска на центральном участке Русско-германского фронта, противник устремился в образовавшуюся брешь. Русские войска начали отходить на восток.
По приказу Верховного главнокомандующего войска Юго-Западного фронта должны были организовать новый рубеж обороны на реке Сан. Но ввиду прибытия свежих немецких дивизий с французского фронта, которое не было установлено русской разведкой, этот план реализован не был. Русские армии продолжили отступление, были оставлены такие города, как Келцы, Радом, Дрогобич, Станислав, Черновцы, Сандомир, развалины крепости Перемышль. 9 (22) июня германо-австрийские войска заняли Львов, продвинувшись таким образом за полтора месяца на фронте 600 километров на глубину от 100 до 150 километров.
Горлицкая операция в очередной раз показала неспособность Верховного главнокомандующего и его штаба организовать стратегическую разведку и своевременно разгадывать замысел противника, предпринимать ответные меры. Переброска 14 дивизий с Западного фронта на Восточный и их сосредоточение в районе Кракова оказались неожиданным для русского командования. Результатом этого стали очередное поражение русских войск и значительные территориальные потери. Войска Юго-Западного фронта в Горлицкой операции только пленными потеряли 150 тысяч человек, 160 орудий и 403 пулемета. Потери противника в ходе боев составили 5562 человек убитыми, 21 200 ранеными и 1100 пропавшими без вести.