Après la stabilisation des fronts, les Allemands reprennent l'initiative, cette fois en attaquant à l'est. Le 7 février, les Allemands lancent une offensive au sud-est des lacs de Mazurie, dirigée par Hindenburg. Les Russes sont encerclés et se replient sur le Niémen. Les Allemands remportent des succès spectaculaires, occupant toute la Pologne, la Lituanie et une partie de la Lettonie. Faute de munitions et d'artillerie lourde, les Russes n'ont pu tenir tête ; ils perdent près de deux millions d'hommes, une catastrophe qui, à long terme, ébranle le régime. Il n'en paraît pourtant rien puisque les Russes se replient en bon ordre sur des positions retranchées.

Au lieu de se heurter au gros des troupes ennemies là où elles étaient bien organisées, installées dans un réseau savant de tranchées, l'état-major des Alliés décide de porter ses coups sur des points de défense allemande plus vulnérables auprès de l'allié turc. Le 25 avril 1915, un corps expéditionnaire allié débarque aux Dardanelles. Le contrôle des Détroits permettrait à la France et au Royaume-Uni de ravitailler la Russie et d'encercler les Empires centraux. Cette idée, défendue notamment par le chef de l'Amirauté britannique, Winston Churchill, débouche sur un débarquement à Gallipoli de troupes essentiellement constituées d'Australiens et de Néo-Zélandais. Malgré le courage des soldats de l'ANZAC (Australia and New Zealand Army Corps), les Alliés ne parviennent pas à pénétrer par surprise dans l'Empire ottoman et échouent dans leurs offensives successives. L'entreprise coûte 145 000 hommes aux Alliés et elle est un échec total. Les rescapés sont débarqués à Salonique, au mépris de la neutralité grecque pour aider les Serbes menacés par les puissances centrales. Le corps expéditionnaire constitue l'armée d'Orient. Cette armée soutient ensuite les Serbes et participe à l'effondrement de l'empire austro-hongrois en 1918.

* Le colonel Lawrence, dit Lawrence d'Arabie, fomente pour le compte des Britanniques le soulèvement des tribus arabes pour gêner les Ottomans.
* Avec l'aide bulgare, les coalisés réussissent à occuper toute la Serbie, contraignant l'armée royale à traverser le pays pour trouver refuge à Corfou.

L'on peut distinguer en 1915 deux tentatives de ramener la paix sur le continent européen :

* la tentative chrétienne et humaniste qui émane des trois B (Aristide Briand, le pape Benoît XV et le duc de Bourbon-Parme)
* la tentative socialiste issue de la conférence de Zimmerwald qui réuni la plupart des personnalités pacifistes de gauche (Romain Rolland, Lénine, Rosa Luxembourg...)

Dans les deux cas, on appelle à une paix blanche, sans vainqueurs ni vaincus. Mais les États se sont trop profondément engagés dans la guerre pour accepter une telle résolution du conflit.

Au début de l'année 1916, le commandement allemand décide d'user complètement l'armée française en l'obligeant à s'engager à fond. Il choisit d'attaquer Verdun, un pivot du front fortifié que les Français voudront défendre coûte que coûte. Le site offre la possibilité d'attaquer les lignes françaises de trois côtés. De plus, l'armée allemande bénéficie, contrairement aux Français, de nombreuses voies ferrées qui facilitent les approvisionnements en matériel et en hommes. Enfin, les manoeuvres d'approche peuvent se dérouler dans une relative discrétion à l'abri du manteau forestier. Dans l'esprit du haut commandement allemand, « il ne s'agissait pas essentiellement de prendre Verdun [...], mais de fixer les forces françaises, de les attirer sur ce champ de bataille qu'elles défendraient pied à pied [...], de saigner à blanc l'armée française grâce à la supériorité en artillerie ». Exsangue, l'armée française serait incapable de mener à bien l'offensive prévue sur la Somme. Le lundi 21 février, après une courte mais violente préparation d'artillerie, le commandement lance une attaque avec trois corps d'armée. Les deux divisions françaises qui défendent les seize kilomètres de la première ligne sont submergées. Très vite, le commandant de la IIe Armée, Philippe Pétain, organise la riposte. Il met en place une liaison avec Bar-le-Duc, à l'arrière. En 24 heures, 6.000 camions montent vers le front en empruntant cette «Voie sacrée». L'assaut allemand est repoussé et la brèche colmatée. Mais les attaques vont se renouveler pendant plusieurs mois, sans cesse contenues. Le 6 mars, les Allemands lancent une nouvelle attaque à Mort-Homme. «On les aura !» écrit Pétain dans le célèbre ordre du jour du 10 avril. Il obtient que ses troupes soient régulièrement renouvelées avant qu'elles ne soient trop éprouvées. C'est «le tourniquet», où toute l'armée française connait l'enfer de Verdun. Le déclenchement de l'offensive de la Somme en juillet et une nouvelle offensive des Russes sur le front oriental obligent les Allemands à relâcher leur pression sur Verdun. En décembre, Mangin reprend les forts perdus. Près de sept cent mille combattants français ou allemands sont morts sur ce champ de bataille.

Entre le 1er juillet et 18 novembre 1916 a lieu la bataille de la Somme. Les troupes anglaises et françaises attaquent et tentent de percer les lignes de défense fortifiées allemandes au nord de la Somme sur une ligne nord-sud de 45 km. L'offensive est précédée par une intense préparation d'artillerie. Pendant une semaine, 1,6 million d'obus tombent sur les lignes allemandes. Les Alliés sont persuadés d'avoir liquidé toute résistance du côté ennemi. L'offensive de la Somme, au départ offensive de rupture, se transforme progressivement en une guerre d'usure. La plupart des soldats anglais sont des engagés volontaires qui n'ont aucune expérience du feu. Dès les premières minutes, ils succombent en grand nombre dans les barbelés qui séparent les ennemis. Les soldats des deux bords ont l'impression de vivre en enfer. Les débauches d'artillerie empêchent toute percée d'aboutir. Les soldats combattent souvent pour quelques mètres et n'arrivent pas à percer les tranchées ennemies protégées par un tir nourri d'artillerie et des lignes de barbelés. Le bilan de la bataille de la Somme est très lourd. 650 000 alliés, principalement des Britanniques, et 580 000 hommes du côté allemand sont hors de combat, tués, blessés ou disparus. Les troupes alliées n'avancent que de 13 km sur un front de 35 km de long.

1917 connaît une crise qui affecte tous les secteurs. Malgré les échecs des batailles de Verdun et de la Somme, le général Nivelle élabore un nouveau plan d'attaque frontale qui doit être le dernier. Il choisit un secteur situé entre Reims et Soissons : Le Chemin des Dames, qu'il estime mal défendu. Pendant six semaines, de début avril à la mi-mai, des assauts successifs tentent de conquêrir ce site. Pendant le premier assaut, 40 000 Français tombent sous le feu infranchissable des mitrailleuses allemandes. Il est vrai que l'attaque n'avait rien d'une surprise. Les Allemands avaient appris par des prisonniers la prochaine offensive contre leur site et avaient grandement amélioré leurs positions en plaçant davantage de mitrailleuses, en construisant des souterrains de protection, des abris souterrains à 10 ou 15 m de profondeur. En tout 270 000 soldats périssent. L'échec de l'offensive du Chemin des Dames a pour conséquence immédiate les mutineries, qui ne sont pas un « refus de se battre, mais d'une certaine façon de se battre ». Il est à noter que parmi les 40 000 mutins, il n'y pas de désertion, ni de fraternisation avec l'ennemi. Les mutins restent dans leur cantonnement et refusent de monter en ligne. Ils insultent les officiers qu'ils jugent incompétents. Les mutins sont punis avec une relative modération par Pétain, devenu le général en chef des armées françaises à la place de Nivelle. Il y a 629 condamnations à mort et finalement 75 exécutions. Pétain tente de mettre fin au mécontentement des soldats en améliorant leur vie quotidienne par le repos, la nourriture et le rythme des permissions. Il décide aussi de ne plus lancer les hommes à l'attaque tant qu'il ne disposerait pas d'une supériorité absolue en matériel. En effet, l'entrée en guerre des Américains aux côtés des alliés français et britanniques en avril 1917 laisse espérer un retournement de la situation. Toutefois, le commandement français n'ose plus lancer les hommes à l'attaque tant qu'il ne dispose pas d'une supériorité absolue en matériel grâce aux Américains et aux tanks. Pourtant, impatient de remporter un succès qui lui soit propre, l'état-major anglais lance une offensive à Passchendaele, dans les Flandres, à l'automne 1917. Il réussit seulement à mener à une mort inutile plusieurs centaines de milliers de Britanniques et d'Allemands.

En mars 1917, l'état-major impérial allemand prend la décision stratégique de reculer le front plus au nord, sur la ligne dite « Hindenburg », et fait évacuer toutes ses armées des positions occupées depuis 1914 dans le secteur de l'Aisne. Ils dynamitent systématiquement les édifices emblématiques des villes et villages auparavant occupés. Ainsi disparaissent notamment les forteresses de Ham (Somme), située non loin de là, et de Coucy (27 mars 1917). Ce recul permet de raccourcir le front et d'économiser les forces nécessaires à sa défense. Les seules offensives alliées victorieuses de 1917 ont lieu autour d'Arras et d'Ypres en avril et juin 1917, lorsque les troupes britanniques et du Commonwealth prennent quelques villages aux Allemands. La prise de Vimy par les Canadiens le 9 avril 1917 est devenu un symbole de la force du Canada et de la capacité des Canadiens de gagner un objectif sans l'aide des Britanniques.

Sur le front italien, les forces italiennes et autrichiennes s'affrontent sans résultat depuis deux ans et demi sur le front d'Isonzo au nord-ouest de Trieste. Le 14 octobre 1917, lors de la bataille de Caporetto, les soldats italiens reculent devant une offensive austro-allemande. Plus de 600 000 soldats italiens, fatigués et démoralisés, désertent ou se rendent. L'Italie vit sous la menace d'une défaite militaire totale. Mais le 7 novembre, la ligne de front italienne est enfin stabilisée sur le fleuve Piave, à environ 110 kilomètres du front d'Isonzo. La défaite italienne de Caporetto incite la France et la Grande-Bretagne à envoyer des renforts et à mettre en place le Conseil suprême de guerre pour coordonner les efforts de guerre des Alliés.