Le chef d'état-major allemand Helmut von Moltke applique le plan Schlieffen. Le 4 août, l'Allemagne envahit la Belgique et le Luxembourg. L'attaque éclair en Belgique au début du mois d'août ne rencontre guère d'obstacles. Les Allemands pénètrent en Belgique près d'Aix-la-Chapelle. Le roi Albert Ier lance un appel à la France et à la Grande-Bretagne. Le 8 août, les troupes françaises entrent à Mulhouse, qui tombe à nouveau aux mains des Allemands deux jours plus tard. La percée en Lorraine, suivant le plan XVII, est un échec pour la France (Bataille de Lorraine des 19-20 août). En outre les IIIe et IVe armées se replient derrière la Meuse. De plus, les Allemands écrasent la résistance belge à Charleroi, le 23) et font reculer les forces franco-britanniques rencontrées sur la Sambre. Deux jours plus tard, les troupes allemandes entrent à Bruxelles. Sur toute la ligne de front belge et luxembourgeoise, les Alliés reculent. Le plan Schlieffen se déroule selon les prévisions.
Les Britanniques, dirigés par le commandant French, et les Français se replient précipitamment, mais en ordre, sur la Marne. Ils sont poursuivis par trois armées allemandes qui parviennent à franchir la rivière, mais ne peuvent isoler l'aile gauche franco-britannique. Joffre, général en chef de l'armée française, parvient à opérer un glissement des troupes vers l'ouest pour éviter la man½uvre de débordement et d'encerclement des armées allemandes. L'attaque de la capitale semble imminente : c'est pourquoi du 29 août-2 septembre, le gouvernement français quitte Paris et s'installe à Bordeaux, laissant la capitale sous le gouvernement militaire du général Gallieni. Le gouvernement civil exige des militaires que la capitale soit défendue et constitue une armée pour défendre Paris.
Mais Paris n'est pas le but des Allemands. Aussi pivotent-ils, toujours conformément au plan Schlieffen, en direction du Sud-Est pour encercler les armées françaises. Le 4 septembre, l'armée allemande occupe Reims, mais évite Paris en se dirigeant vers l'est. Le commandement voit là l'occasion d'attaquer les Allemands sur leur flanc. A l'appel de Joffre, l'armée française stoppe sa retraite le 6 septembre, fait demi-tour et repart à l'attaque. Des renforts sont envoyés de Paris grâce à la réquisition des taxis parisiens. C'est la Première bataille de la Marne (6-9 septembre). Après 4 jours de combats acharnés, les armées allemandes sont stoppées et reculent. Mais la bataille n'est pas décisive. Le haut commandement allemand a été affaibli par des divisions et les erreurs de Helmuth von Moltke. Croyant la victoire acquise à l'ouest, il a prélevé six corps d'armée le 25 août pour parer à une attaque des Russes, qui mobilisent plus vite que prévu pour soulager les Français. L'ensemble des forces allemandes se replie sur l'Aisne puis se fixe le long des Ardennes et de l'Argonne. En raison de l'échec du plan allemand et de la victoire française, Erich von Falkenhayn prend la tête de l'état-major allemand, le 14 septembre, en remplacement de von Moltke. Le 5 octobre, le conflit connaît ses premiers duels aérien près de Reims. En effet, un biplace Aviatik allemand est abattu à la carabine par les aviateurs français Frantz et Quénault.
Au nord-ouest du front, le 19 octobre, la « Course à la mer » débute entre les armées allemande, française et britannique. Chaque camp cherche à déborder l'autre par le nord. Les Allemands souhaitent atteindre les ports de Dunkerque, de Boulogne et de Calais pour couper les Anglais de leurs bases d'approvisionnement. Mais il échouent à s'emparer des ports français de la Manche, grâce aux inondations provoquées par les Belges dans la région de l'Yser. Les Britanniques avancent jusqu'à Ypres, à l'extrémité sud-ouest de la Belgique. Après avoir pris Anvers le 10 octobre, les Allemands tentent une percée lors de la sanglante bataille des Flandres, en novembre, mais ils se heurtent à la résistance des troupes alliées commandées par Joffre. Le 27 octobre, les Allemands lancent une vaste offensive en Belgique déclenchée au nord, à l'est et au sud d'Ypres.
Le 3 novembre, l'Amirauté fait miner la mer du Nord déclarée « zone de guerre ». Le Royaume-Uni fait confiance en sa marine pour protéger le pays et établir un blocus économique. Il ne possède en effet qu'une armée de métier de 250 000 hommes dispersés à travers le monde dont 60 000 seulement sont prêts à partir pour la France.
En décembre, les armées alliées contre-attaquent sur toute la longueur du front allant de Nieuport à l'ouest jusqu'à Verdun à l'est, mais ne gagnent aucune victoire décisive. La « mêlée des Flandres » marque la fin de la guerre de mouvement et des combats à découvert sur le front occidental, qui se stabilise sur près de 800 km, de la Suisse à la mer du Nord. À la fin de 1914, les deux camps creusent des tranchées.