В качестве «платы за кровь» Италии был обещан ряд территорий. Англия предоставила Италии заем в 50 млн. фунтов. Несмотря на последовавшие ответные предложения территорий со стороны Центральных держав, на фоне ожесточенных внутриполитических столкновений противников и сторонников двух блоков, 23 мая Италия объявила войну Австро-Венгрии.

До осени на сербском фронте не наблюдалось никакой активности. К началу осени, после завершения удачной кампании по вытеснению русских войск из Галиции и Буковины, австро-венгры и германцы смогли перебросить для нападения на Сербию большое количество войск. В то же время ожидалось, что Болгария, под впечатлением успехов Центральных держав, намеревается вступить в войну на их стороне. В таком случае малонаселенная Сербия с небольшой армией оказывалась окруженной врагами с двух фронтов, и ей предстояло неизбежное военное поражение.

Англо-французская помощь прибыла с большим опозданием — только 5 октября войска стали высаживаться в Салониках (Греция); Россия помочь не могла, так как нейтральная Румыния отказалась пропустить русские войска. 5 октября началось наступление Центральных держав со стороны Австро-Венгрии, 14 октября Болгария объявила войну странам Антанты и начала военные действия против Сербии. Войска сербов, англичан и французов численно уступали силам Центральных держав более чем в 2 раза и не имели шансов на успех.

К концу декабря сербские войска покинули территорию Сербии, уйдя в Албанию, откуда в январе 1916 года их остатки были эвакуированы на остров Корфу и в Бизерту. Англо-французские войска в декабре отошли на территорию Греции, к Салоникам, где смогли закрепиться, образовав Салоникский фронт по границе Греции с Болгарией и Сербией. Кадры Сербской армии (до 150 тыс. человек) были сохранены и весной 1916 года усилили Салоникский фронт. Западу сербы всегда были нужны как «пушечное мясо». Присоединение Болгарии к Центральным державам и падение Сербии открыло для Центральных держав прямое сообщение по суше с Турцией.

К началу 1915 г. англо-французским командованием была разработана совместная операция по прорыву Дарданелльского пролива и выходу в Мраморное море, к Константинополю (Дарданелльская операция). Задачей операции было обеспечение свободного морского сообщения через проливы и отвлечение сил Турции от Кавказского фронта. По первоначальному плану прорыв должен был производиться британским флотом, которому надлежало уничтожить береговые батареи без высадки десанта. После первых неудачных атак небольшими силами (19—25 февраля) британский флот произвел 18 марта генеральную атаку, в которой было задействовано более 20 линкоров, линейных крейсеров и устаревших броненосцев. После потери 3 кораблей британцы, не добившись успеха, ушли из пролива.

После этого тактика Антанты изменилась — было решено высадить экспедиционные силы на Галлийполийском полуострове (на европейской стороне проливов) и на противоположном азиатском берегу. Десант Антанты (80 тыс. человек), состоящий из англичан, французов, австралийцев и новозеландцев, начал высадку 25 апреля. Высадка производилась на трех плацдармах, разделенных между участвующими странами.

Нападавшим удалось удержаться только на одном из участков Галлиполи, где был десантирован автралийско-новозеландский корпус (АНЗАК). Ожесточенные бои и переброска новых подкреплений Антанты продолжались до середины августа, однако ни одна из попыток наступления на турок не дала значимого результата. К концу августа стал очевидным провал операции, и Антанта стала готовиться к постеленной эвакуации войск. Последние войска из Галлиполи были эвакуированы в начале января 1916 года. Смелый стратегический замысел, инициатором которого был У. Черчилль, окончился полным провалом. Это было первое поражение величайшего циника, мечтавшего о славе Наполеона.

На Кавказском фронте в июле русские войска отразили наступление турецких войск в районе озера Ван, уступив при этом часть территории (Алашкертская операция). Боевые действия распространились на территорию Персии. 30 октября русские войска высадились в порту Энзели, к концу декабря разгромили протурецкие вооруженные отряды и взяли под контроль территорию Северной Персии, предотвратив выступление Персии против России и обеспечив левый фланг Кавказской армии.

Не добившись решительного успеха на Восточном фронте в кампании 1915 г., германское командование решило в 1916 году нанести основной удар на западе и вывести из войны Францию. Оно запланировало мощными фланговыми ударами в основание Верденского выступа срезать его, окружив всю верденскую группировку противника, и создать тем самым огромную брешь в обороне союзников, через которую затем предполагалось нанести удар во фланг и тыл центральным французским армиям и разгромить весь фронт союзников.

21 февраля 1916 года германские войска начали наступательную операцию в районе крепости Верден, получившую название Битва при Вердене, или Верденская мясорубка. После упорных боев с огромными потерями с обеих сторон немцам удалось продвинуться на 6—8 километров вперед и взять некоторые из фортов крепости, но их наступление было остановлено. Эта битва продолжалась до 18 декабря 1916 года. Французы и англичане потеряли 750 тыс. человек, немцы — 450 тысяч.

По просьбе французского командования в марте 1916 года на русском Западном фронте была предпринята наступательная Нарочская операция. Двухнедельные попытки прорвать линию германской обороны завершились неудачей, однако на протяжении этого времени натиск немцев на Верден существенно ослаб.

В ходе Верденского сражения впервые применялось новое оружие со стороны Германии — огнемет. В небе над Верденом впервые в истории войн были отработаны принципы ведения боевых действий самолетов — на стороне войск Антанты сражалась американская эскадрилья «Лафайет». Немцы впервые начали применять самолет-истребитель, в котором пулеметы стреляли синхронно сквозь вращающийся пропеллер, не повреждая его.

В июне — июле 1916 года по просьбе итальянского командования на русском Западном фронте была предпринята наступательная Барановичская операция, имевшая целью прорыв германского фронта в Белоруссии и наступление на Брест-Литовск.

Параллельно 4 июня 1916 года на Юго-Западном фронте началась вспомогательная наступательная операция русской армии, получившая название Брусиловский прорыв по имени командующего фронтом А. А. Брусилова. Однако Барановичское сражение фактически закончилось с нулевым результатом, в то время как Юго-Западный фронт нанес тяжелое поражение германским и австро-венгерским войскам в Галиции и Буковине, общие потери которых составили более 1,5 млн. человек.

В июне же началась битва на Сомме, продолжавшаяся до ноября, в ходе которой впервые были применены танки. В битве на Сомме союзники потеряли около 625 тыс. человек, а немцы — 465 тыс. человек.