В начале 1915 года русская ставка подготовила план наступления в Восточной Пруссии на Берлин, сформировала специальную армию, которая успешно наступала. Зная это, понимая, что восточный фронт является главным, Германия в помощь австро-венграм перебросила сюда свежие силы. 27 января немецкая армия перешла в наступление, и русские (10 армия) понесли большие потери и были вынуждены отступить на южный берег р. Бобр. 13 марта 1915 года немцы были оттеснены в Восточную Пруссию. В январе 1916 года началось наступление немецких войск в Карпатах для деблокады Перемышля. Одновременно армия генерала Брусилова перешла в наступление с целью вступить на территорию Венгрии.
Крепость Перемышль капитулировала. Противник потерял 120 тысяч пленными, было захвачено 900 орудий. Весной 1915 года русские войска угрожали австрийскому фронту. Пришел момент, пишут историки, когда дальше откладывать решительное наступление на Восток было нельзя.
В апреле 1915 года германское верховное командование подготовило новыми силами прорыв русского фронта, и 19 апреля, после артиллерийской подготовки, 11 германская армия перешла в наступление. К концу июня русские войска оставили большую часть Галиции. Чтобы отвлечь русские войска от Галиции и сковать силы Северо-западного фронта, германское командование предприняло наступление на рижском направлении; овладело Либавой и подошло к Митаве. Дальше их путь шел к Вильно, Двинску и Риге. Для прикрытия этого направления, усиления сопротивления русское командование создало 5 армию под командованием генерала Плеве, немцы, в свою очередь, также подкрепили свои силы, создав Неманскую армию.
Развернувшиеся события были не в пользу России. Главные бои на наревском направлении начались 30 июня наступлением 12-ой и 8-ой германской армии. Русский фронт был прорван, начался отход русской армии. 22 июня была сдана противнику Варшава, а 6 августа пал Новогеоргиевск. 9 августа комендант Ковно без боя сдал немцам крепость. 31 августа немцам удалось взять Свентяны и Вилейку, Вильно. Контрнаступлением русским частям удалось отбросить неприятеля на рубеж: Рига, р. Западная Двина, Двинск, Барановичи, Дубно, р. Стрына.
На восточном фронте в результате наступления немцев русские войска были вытеснены из большей части Галиции и Польши, Прибалтики и Белоруссии. Потери русских с начала войны составили 3,5 млн человек убитыми, раненными и пленными. Это были самые большие потери из всех воюющих стран. Аналитики считают, что такое поражение было следствием не только ошибок командования, что имело место, но и из-за отсутствия достаточного количества вооружений: артиллерии, снарядов, винтовок и патронов, что породило у командного состава неуверенность. С другой стороны, Россия боролась с противником без участия союзников. Николай II вынужден был заменить верховного главнокомандующего и уволить в отставку военного министра Сухомлинова. Восточный фронт был разделен на три: Северный – прикрывал Петроград, Западный – Москву, а Юго-Западный – Киев. Фактическим руководителем армии стал М. В. Алексеев.
В результате присоединения Болгарии к германскому блоку, военно-политическое положение стран Антанты ухудшилось, началось германо-болгарское наступление на Сербию, и сербская армия была разбита. Союзники потеряли балканский полуостров, открывался балканским войскам свободный путь на Турцию. Конференция представителей союзных армий в декабре 1915 года приняла решение о согласованных наступательных действиях летом 1916 года на главных фронтах: англо-французском, русском и итальянском. Согласована была также общая помощь тому союзнику, по которому будет сосредоточен удар противника.
21 февраля 1916 года началось германское наступление на западном фронте с целью обескровить французские войска и добиться победы. Верные союзническому долгу было принято решение перейти в решительное наступление на левом фланге Северного фронта и правом – Западного силами 5,1 и 2 армий в направлении на Ковно. В первый день боев русская армия потеряла 15 тысяч человек, но существенных результатов достигнуто не было. В результате плохо организованной помощи французам Россия потеряла 78 тысяч человек, а немцы – 30 тысяч. Тем не менее французы какую-то передышку получили, чтобы подтянуть резервы и укрепить позиции.
При обсуждении плана очередных операций, с весны 1916 года предполагалось нанести противнику главный удар силами Северного и Западного фронтов. За наступление армией Юго-Западного фронта высказался его командующий генерал Брусилов. С предложением Брусилова согласились с оговорками. Благодаря железной настойчивости командующего, своевременной подготовке к операции всех его армий, 22 мая, имея небольшое численное преимущество, Юго-Западный фронт начал наступление мощной артподготовкой, разгромил 4-ую австрийскую армию и занял г. Яуцк. За три дня наступления русские взяли в плен свыше 100 тысяч человек, захватили большое количество военного имущества.