Непосредственным поводом к войне послужило Сараевское убийство 28 июня (11 июля) 1914 года австрийского эрцгерцога Франца Фердинанда девятнадцатилетним сербским студентом Гаврилой Принципом, который являлся членом тайной организации «Млада Босна», борющейся за объединение всех южнославянских народов в одном государстве. Так как в убийстве была замешана Сербия, через некоторое время Австро-Венгрия предъявила Сербии Июльский ультиматум, и хотя он и был принят с единственной оговоркой, не удовлетворилась ответом и объявила Сербии войну. Российская империя в ответ на это объявила всеобщую мобилизацию 17 (30) июля 1914 года. 19 июля (1 августа) 1914 года Германия, союзник Австро-Венгрии, объявила войну Российской империи.
В 1914 году на восточном фронте Первой мировой войны произошло два крупных сражения: Восточно-Прусская операция, закончившаяся поражением российских войск, и Галицийская битва, закончившаяся их победой. Российскими войсками была занята практически вся восточная часть Галиции и часть западной Галиции. Было создано Галицийское генерал-губернаторство.
Русская 122-мм гаубица ведёт огонь на германском фронте. 1915
Российские солдаты в окопе, на фронте Первой мировой
29 октября (11 ноября) 1914 года турецкий флот под командованием германского адмирала В. Сушона обстрелял Севастополь, Одессу, Феодосию и Новороссийск. 2 ноября Российская империя объявила Турции войну. Возник Кавказский фронт. В декабре 1914 — январе 1915 годов в ходе Сарыкамышской операции российская Кавказская армия остановила наступление турецких войск на Карс, а затем разгромила их и перешла в контрнаступление.
В начале 1915 года Германия решила нанести основной удар на восточном фронте, пытаясь вывести Российскую империю из войны. В ходе Августовской операции (название от города, а не по месяцу), называемой также зимним сражением в Мазурии, германским войскам удалось выбить российские войска из Восточной Пруссии. Последующее наступление немцев в районе Прасныша (см.: Праснышская операция) потерпело серьёзную неудачу — в сражении германские войска были разбиты и отброшены назад в Восточную Пруссию. Зимой 1914—1915 годов шло сражение между русскими и австрийцами за перевалы в Карпатах (см.: Карпатская операция). 10 (23) марта 1915 завершилась осада Перемышля — капитулировала важная австрийская крепость с гарнизоном в 115 тыс. человек.
В мае германо-австрийским войскам, сосредоточив превосходящие силы в районе Горлице, удалось прорвать русский фронт (см.: Горлицкий прорыв). После этого началось общее стратегическое отступление российской армии из Галиции и Польши. 23 августа (5 сентября) 1915 года Николай II принял на себя звание Верховного главнокомандующего, назначив Николая Николаевича командующим Кавказским фронтом. Начальником штаба ставки верховного главнокомандующего был назначен М. В. Алексеев. Фронт удалось стабилизировать. На захваченной российской территории была создана германская оккупационная администрация.
В июне 1916 года началась крупная наступательная операция русской армии, получившая название Брусиловский прорыв по имени командующего фронтом А. А. Брусилова. В результате наступательной операции Юго-Западный фронт нанес серьёзное поражение австро-венгерским войскам в Галиции и Буковине.
На Кавказском фронте к лету 1916 года российскими войсками была занята большая часть Западной Армении.
Немецкая карикатура на Михаила Александровича и разложение русской армии. 1917 год.
Русский фронт в 1917 году.
Февральская революция 1917 года привела к началу разложения русской армии, которая стала стремительно терять свою боеспособность. После того как Временное правительство заявило о продолжении участия России в войне, русское командование принялось за организацию наступления, которое по договорённости с союзниками следовало начать весной 1917 года. Однако тот хаос и разложение, что царили в русских войсках, сделали невозможным проведение наступления в намеченные сроки. Оно было отложено на конец июня. Наступление в общем направлении на Львов из районов Злочев и Бржезаны началось 16 (29) июня 1917. Первые два дня принесли наступающим некоторый тактический успех. Но затем наступление остановилось. Войска стали обсуждать приказы и митинговать, отказывались продолжать наступление. В итоге, несмотря на значительное превосходство в живой силе и технике, наступление успеха не имело и 20 июня (3 июля) было прекращено.
После неудачной для русской армии Рижской операции германские войска 21 августа (3 сентября) 1917 заняли Ригу. В октябре 1917 года германским войскам удалось провести удачную десантную операцию и захватить Моонзундский архипелаг.