В первые месяцы войны тактика Балтийского флота была в основном оборонительной. Однако с осени, когда после захвата немецкого крейсера стало известно, что силы противника на Балтике не так велики, зазвучали мнения о необходимости более решительных действий. А. В. Колчак был одним из офицеров штаба Эссена, выступавших за установку минных заграждений непосредственно у берегов Германии. Он активно включился в разработку соответствующих операций. В октябре 1914 года первые мины появились вблизи Мемеля, и результат не заставил себя ждать: в начале ноября на них подорвался германский броненосный крейсер «Фридрих Карл».
В феврале 1915 года А. В. Колчак получил в командование полудивизион особого назначения из четырех миноносцев, которому удалось осуществить дерзкую операцию – в сложнейших погодных условиях расставить около 200 мин в Данцигской бухте. Сегодня историки по-разному оценивают потери Германии, вызванные нашими минными заграждениями. Тем не менее, по некоторым данным, только вблизи Данцига пошли ко дну, подорвавшись на русских минах, 4 немецких крейсера, 8 миноносцев и 23 транспорта. В августе 1915 года именно минные эти поля помешали германскому флоту прорваться в Рижскую бухту.
В сентябре Колчак заменил заболевшего адмирала П. Л. Трухачева на посту командира Минной дивизии, которая действовала в районе Рижского залива, помогая нашим сухопутным войскам Северного фронта. Вскоре Александр Васильевич приступил к разработке дерзкой операции в тылу у противника, реализацией которой он впоследствии руководил лично. 9 октября 1915 года русский десант высадился на побережье Рижского залива у селения Домеснес, что стало полной неожиданностью для немцев, потерявших в результате более 40 человек убитыми. Был уничтожен германский наблюдательный пункт, захвачены пленные и трофеи. Вообще же корабли Колчака оказали существенную поддержку 12-й армии Р. Д. Радко-Дмитриева, которая воевала под Ригой, и сыграли большую роль в обороне Рижского залива. За эти заслуги командир Минной дивизии был удостоен ордена Святого Георгия 4-й степени.
Зимой 1916 года многие суда Балтийского флота прошли перевооружение. В частности, на крейсеры Минной дивизии были установлены новые, более мощные артиллерийские орудия. В апреле А. В. Колчак получил чин контр-адмирала. А в мае Минной дивизией была реализована операция против германских торговых судов у берегов Швеции. Походом командовал П. Л. Трухачев, Александр Васильевич руководил ударной группой из трех эскадренных миноносцев. Нашим кораблям удалось рассеять вражеские транспорты, перевозившие железную руду, и уничтожить одно конвоирующее судно.
В июне 1916 года А. В. Колчак указом императора был произведен в вице-адмиралы и в нарушение прав старшинства назначен командующим Черноморским флотом, став самым молодым адмиралом во главе флота среди воюющих государств. Современники восприняли это назначение неоднозначно. Да и нельзя сказать, что сам Александр Васильевич горячо желал этого. В Ставке же говорили об усилении роли Черноморского флота в связи с необходимость подготовки десантной операции по захвату Босфорского пролива и Константинополя.
В это же время стало известно, что немецкий крейсер «Бреслау» вышел в Черное море. Колчак лично возглавил охоту на вражеское судно и практически настиг его. Но кораблю все же удалось уйти. Тем не менее это оказало большое влияние на деятельность Германии в Черном море – противник значительно снизил активность и не отваживался открыто нападать на российское побережье.
Используя опыт, накопленный на Балтике, А. В. Колчак осуществил минирование Босфорского пролива и побережья Турции. Вражеский флот оказался практически обездвижен. Адмирал потерпел лишь одну крупную неудачу: в октябре 1916 года был потоплен наш линкор «Императрица Мария». Впрочем, сам император тогда выразил сочувствие и поддержку Александру Васильевичу, повелев спокойно продолжать начатое дело. Колчак вплотную занялся подготовкой смелой операции по захвату Стамбула и Черноморских проливов. Однако реализации амбициозного плана помешали события февраля 1917 года.
В последние годы в определенных кругах публицистов чрезвычайно популярным стал миф о чуть ли не поголовном предательстве государя русским генералитетом. В числе основных изменников называется А. В. Колчак наряду с Л. Г. Корниловым и М. В. Алексеевым. Конспирологи идут еще дальше, говоря о заговоре мирового масонства и обвиняя как генералов, так и рядовых штаб-офицеров в том, что они состояли на службе в английской разведке. При этом сторонники громких исторических разоблачений не приводят ни единой ссылки на какой-либо документ, говоря об «общеизвестных фактах» и тем самым просто манипулируя общественным сознанием.