На Кавказском фронте в январе-феврале в Эрзурумском сражении русские войска наголову разгромили турецкую армию и овладели городом Эрзурум, в апреле в ходе Трабзонской операции был взят город Трапезунд, в июле — августе — города Эрзинджан и Муш. Успехи русской армии побудили Румынию выступить на стороне Антанты. 17 августа 1916 года был заключен договор между Румынией и четырьмя державами Антанты. Румыния брала обязательство объявить войну Австро-Венгрии. За это ей были обещаны Трансильвания, часть Буковины и Банат. 28 августа Румыния объявила Австро-Венгрии войну. Однако к концу года румынская армия была разбита, и большая часть территории страны была оккупирована.

Военная кампания 1916 года ознаменовалась важным событием. 31 мая — 1 июня произошло крупнейшее за всю войну Ютландское морское сражение.

Все предыдущие описанные события продемонстрировали перевес Антанты. К концу 1916 года обе стороны потеряли убитыми 6 млн. человек, около 10 млн. было ранено. В ноябре — декабре 1916 года Германия и ее союзники предложили мир, но Антанта отклонила предложение, указав, что мир невозможен «до тех пор, пока не обеспечено восстановление нарушенных прав и свобод, признание принципа национальностей и свободного существования малых государств».

Положение Центральных держав в 1917 г. стало катастрофическим: для армии уже не было резервов, разрастались масштабы голода, транспортной разрухи и топливного кризиса. Страны же Антанты стали получать значительную помощь со стороны США (продовольствие, промышленные товары, а позднее и подкрепления), одновременно усиливая экономическую блокаду Германии, и их победа, даже без проведения наступательных операций, становилась лишь делом времени.

Тем не менее, когда после Октябрьской революции большевистское правительство, пришедшее к власти под лозунгом окончания войны, заключило 15 декабря перемирие с Германией и ее союзниками, у немецкого руководства появилась надежда на благоприятный для него исход войны.

1—20 февраля 1917 г. состоялась Петроградская конференция стран Антанты, на которой обсуждались планы кампании 1917 года и, неофициально, внутриполитическая обстановка в России. Генерал Николай Головин писал, что к 31 декабря 1916 г. в Действующей армии находилось 6,9 млн. человек. Однако, в эту цифру не входят еще 2,2 млн. человек, относившихся к запасным частям и 350 тыс. человек, подчиняющихся военному министру (они учитывались отдельно, в отличие от Действующей армии, подчиненной Верховному главнокомандующему). Складывая все эти подразделения воедино, получим 9,45 млн. человек.

6 апреля на стороне Антанты выступили США (после так называемой «телеграммы Циммермана»), что окончательно изменило соотношение сил в пользу Антанты, однако начавшееся в апреле наступление (Наступление Нивеля) было неудачным. Частные операции в районе города Мессии, на реке Ипр, под Верденом и у Камбре, где впервые были массированно применены танки, не изменили общей обстановки на Западном фронте.

На Восточном фронте из-за антивоенной агитации со стороны революционных партий и популистской политики Временного правительства русская армия разлагалась и теряла боеспособность. Предпринятое в июне наступление силами Юго-Западного фронта провалилось, и армии фронта отошли на 50—100 км. На Западном фронте наступательная Кревская операция, несмотря на блестящую работу русской артиллерии, не привела к прорыву фронта противника. Однако, несмотря на то, что русская армия утратила способность к активным боевым действиям, Центральные державы, понесшие огромные потери в кампанию 1916 года, не могли использовать создавшуюся благоприятную для себя возможность, чтоб нанести России решающее поражение и вывести ее из войны военными средствами.

На Восточном фронте германская армия ограничилась лишь частными операциями, никак не влиявшими на стратегическое положение Германии: в результате операции «Альбион» германские войска захватили острова Даго и Эзель и вынудили русский флот уйти из Рижского залива.

На Итальянском фронте в октябре — ноябре австро-венгерская армия нанесла крупное поражение итальянской армии у Капоретто и продвинулась в глубь территории Италии на 100-150 км, выйдя на подступы к Венеции. Только с помощью переброшенных в Италию английских и французских войск удалось остановить австрийское наступление.

В 1917 г. на Салон икс ком фронте установилось относительное затишье. В апреле 1917 г. союзные войска (которые состояли из английских, французских, сербских, итальянских и русских войск) провели наступательную операцию, которая принесла войскам Антанты незначительные тактические результаты. Однако это наступление не смогло изменить ситуацию на Салоникском фронте.

Русская Кавказская армия из-за чрезвычайно суровой зимы 1916-1917 гг. в горах активных действий не вела. Чтобы не нести лишних потерь от морозов и болезней, Юденич оставил на достигнутых рубежах лишь боевое охранение, а главные силы разместил в долинах по населенным пунктам. В начале марта 1-й Кавказский кавкорпус генерала Баратова разгромил персидскую группировку турок и, захватив в Персии важный узел дорог Синнах (Сенендедж) и город Керманшах, двинулся на юго-запад к Евфрату навстречу англичанам. В середине марта части 1-й Кавказской казачьей дивизии Раддаца и 3-й Кубанской дивизии, преодолев более 400 км, соединились с союзниками у Кизыл Рабата (Ирак). Турция потеряла Месопотамию.

После Февральской революции активные боевые действия русской армией на турецком фронте не велись, а после заключения большевистским правительством в декабре 1917 г. перемирия со странами Четверного союза прекратились окончательно.

Вначале турецкая армия сумела остановить английское наступление в Месопотамии, и была сделана попытка с помощью Германии блокировать Суэцкий канал. Но в 1917 г. на Месопотамском фронте британские войска добились значительных успехов. Увеличив численность войск до 55 тыс. человек, британская армия повела решительное наступление в Месопотамии. Британцы захватили ряд важнейших городов: Эль-Кут (январь), Багдад (март) и др. Англичанам удалось вооружить бедуинов Арабского полуострова и вызвать восстание против турок, ставившее своей целью создание единого арабского государства. В этом предприятии большую роль сыграл полковник Томас Лоуренс, вначале археолог, а после окончания войны автор широко известных на Западе мемуаров.

На стороне британских войск сражались добровольцы из арабского населения, которое встречало наступавшие английские войска как освободителей. Также британские войска к началу 1917 г. вторглись в Палестину, где завязались ожесточенные бои под Газой. В октябре, доведя число своих войск до 90 тыс. человек, британцы перешли в решительное наступление у Газы, и турки были вынуждены отступить. Англичане к концу 1917 года захватили ряд населенных пунктов: Яффо, Иерусалим и Иерихон.