В начале 1915 года русские войска продолжили наступление. Еще в конце октября 1914 года они вновь вторглись в Восточную Пруссию. На 10 (23) февраля 1915 года было назначено большое наступление в районе Мазурских озер. Однако 7 и 8 февраля немцы, упредив русских, сами начали здесь наступление с целью окружения 10-й армии. Ее основным силам удалось избежать гибели, в германском кольце в Августовских лесах погиб только арьергардный 20-й корпус. Его солдаты и офицеры, расстреляв почти весь боезапас, 15 (28) февраля пошли в последнюю штыковую атаку и были почти в упор расстреляны немецкой артиллерией и пулеметами. Более 7 тысяч их погибло в один день, остальные были пленены. Немецкий военный корреспондент Р. Брандт писал: «Попытка прорваться была полнейшим безумием, но святое безумие – геройство, которое показало русского воина таким, каким мы его знаем со времен Скобелева, штурма Плевны, битв на Кавказе и штурма Варшавы! Русский солдат умеет сражаться очень хорошо, он переносит всякие лишения и способен быть стойким, даже если ему неминуемо грозит при этом верная смерть!» Всего германская 8-я армия в ходе наступления взяла более 100 тысяч пленных.

Гораздо успешнее для русских складывались боевые действия против Австро-Венгрии. Армии Юго-Западного фронта генерала Николая Иванова успешно отразили австрийское наступление в карпатских предгорьях для деблокады Перемышля. 9 (22) марта эта мощная австрийская крепость пала. Здесь русские пленили 120-тысячный гарнизон. В апреле в ряде мест австро-венгерские войска были оттеснены за Главный Карпатский хребет. Создалась реальная угроза русского вторжения в Венгрию. Неудачи Дунайской монархии в значительной мере объяснились тем, что служившие в ее армии чехи, словаки, сербы и румыны не желали воевать за Габсбургов и массами сдавались в плен.

Сменивший Мольтке генерал Эрих Вальхем считал, что ее основной союзник под тяжестью поражений вынужден будет выйти из войны. Поэтому немецкое военное и политическое руководство решило перенести на время главные усилия на Восточный фронт. В Карпатах из германских резервов, переброшенных с запада, и наиболее боеспособных австро-венгерских частей была сформирована ударная 11-я армия генерала Августа Макензена. 19 апреля (2 мая) она атаковала русские позиции у Горлицы в Галиции и вскоре прорвала фронт. К тому времени русская армия испытывала острую нехватку снарядов.

Кризис с боеприпасами через несколько месяцев после начала войны испытали армии всех стран-участниц, поскольку запасы мирного времени оказались израсходованы. Однако в более развитых Германии, Австро-Венгрии, Англии и Франции этот дефицит очень скоро был ликвидирован благодаря наращиванию военного производства. В России же промышленность не смогла в короткие сроки перестроиться для нужд фронта. Поэтому «снарядный голод» здесь ликвидировали лишь в 1916 году. Пока же русские войска вынуждены были отступать под натиском превосходящих их по огневой мощи сил противника, отвечая едва ли одним снарядом на десяток неприятельских.

Командующий Юго-Западным фронтом Н. И. Иванов сознавал, что его войска не выдержат нового генерального наступления противника, и разрабатывал планы их отвода за Днепр и сдачи Киева. Однако немецкое командование остановило свои войска на рубеже Двинск – Сморгонь – Барановичи – Дубно и перебросило значительные силы на Западный фронт, где в конце сентября началось крупное наступление англо-французских войск, не принесшее, однако, сколько-нибудь существенных результатов. Начальник оперативного управления штаба 8-й армии генерал Макс Гофман, позднее, в конце 1916 года ставший начальником штаба германского Восточного фронта, так подвел итоги кампании 1915 года: «План Антанты закончить войну путем одновременного наступления русских масс на Пруссию и в Карпатах потерпел крушение. Русские потерпели поражение на всем фронте и понесли потери, от которых они уже больше не оправились. Но нам не удалось разгромить русских в такой степени, чтобы они были вынуждены заключить мир».

Военные неудачи привели к кризису в российском военно-политическом руководстве. 23 августа 1915 года Николай II переместил великого князя Николая Николаевича с поста главнокомандующего русской армией наместником на Кавказ и сам занял его место. Большинство монархистов негативно оценивали поступок царя, полагая, что в случае новых поражений общественное мнение будет теперь винить во всем царя. Не одобрила этот шаг и либеральная оппозиция, симпатизировавшая Николая Николаевичу и опасавшаяся, что сосредоточение всей власти в руках Николаю II еще больше отдалит страну от назначения ответственного перед Думой правительства.

Фактически боевыми действиями стал руководить генерал М. В. Алексеев, 31 августа назначенный начальником штаба Ставки Верховного Главнокомандующего. Военный министр Владимир Сухомлинов был сделан козлом отпущения за неподготовленность к войне и заменен близким к думским кругам генералом А. А. Поливановым.

На Западном фронте французские войска с декабря 1914 по март 1915 года предпринимали атаки в Шампани, но так и не смогли прорвать германский фронт, несмотря на двукратное превосходство в людях и артиллерии. Французы понесли большие потери – более 91 тысячи убитых, раненых и пленных, но даже не смогли предотвратить переброску одного немецкого корпуса на Восточный фронт. Неудачей кончилось и наступление англичан юго-западнее Лилля. В апреле французы атаковали Сен-Миельский выступ, но им не удалось достичь внезапности. Немцы, заранее подтянув резервы, отразили наступление. В конце апреля немцы, в свою очередь, предприняли наступление у Ипра с тактическими целями и впервые осуществили масштабную газобалонную атаку. От хлора пострадало 15 тысяч англичан, 5 тысяч из которых погибли. Немцам удалось воспользоваться паникой, вызванной газовой атакой, прорвать фронт и выйти к Изерскому каналу, но форсировать его германские войска не смогли. Брешь закрыли спешно переброшенные на грузовиках английские и французские резервы.

Плотность живой силы и артиллерии на Западе была в несколько раз выше, чем на Востоке. Такая концентрация сил и средств почти до конца войны оставалось непреодолимым препятствием для достижения стратегического прорыва фронта.

Новые операции английское и французское командование начали осуществлять только в конце сентября, когда немецкое наступление в России уже прекратилось. Пауза была вызвана проводившейся с 19 февраля Дарданелльской операцией, призванной вывести Турцию из войны и восстановить связь с Россией через черноморские проливы. Как раз летом концентрация союзных войск на Галлипольском полуострове, захваченном в ходе высадки, достигла максимума, но им так и не удалось сломить сопротивления турок.

В августе несколько союзных дивизий были высажены в заливе Сувла, но и они не смогли выбить турок с позиций на полуострове. Первоначальный план предусматривал форсирование флотом Дарданелл, уничтожение турецких береговых укреплений и удар по Константинополю. Для очистки проливов от мин предполагалось использовать тральщики, а десанты ограничить небольшими отрядами моряков для захвата и окончательного уничтожения береговых укреплений. Британские адмиралы рассчитывали, что турецкие войска не выдержат бомбардировки и уйдут в Константинополь. Вначале думали вообще обойтись без сухопутных сил. На практике оказалось, что турки не собираются оставлять свои позиции, а корабли союзной эскадры жестоко страдают от неприятельских батарей и мин. Линкор «Иррезистибл» подорвался на минах, а затем был потоплен огнем береговых батарей. Были повреждены еще один линкор и 3 крейсера.