美國中立期間，英國海軍隨著戰爭的進程而不斷加強海上封鎖，不時地搜查或扣押美國商船，曾多次引發美英關係危機，但是最終還是求同存異、有驚無險。而美國的立場日益偏向英國和法國方麵。
1917年1月22日，威爾遜總統在國會發表演說——《沒有勝利的和平》（Peace Without Victory），呼籲交戰雙方實現“無勝敗的和平”，以便長保世界和平。1月26日，英國政府表示願意與德國進行和平談判。1月31日，德國政府悍然宣布：從2月1日起德國潛艇將不加警告擊沉所有敵國和中立國船隻。威爾遜總統被迫宣布斷絕與德國的外交關係，但是仍然不希望卷入戰爭。
2月25日，英國將其破獲的德國外交大臣齊默爾曼（Arthur Zimmermann）勾結墨西哥、組織反美聯盟的密電寄給了美國政府。威爾遜總統閱後甚為震怒。3月1日，威爾遜授權將《齊默爾曼電報》（Zimmermann Telegram）交給新聞界發表，美國輿論隨即大嘩，全國掀起反德浪潮。
4月2日，威爾遜總統提請國會召開特別會議，並發表了要求對德國宣戰的演說，宣稱美國必須“為世界和平與民主而戰”。4月4日，國會兩院以壓倒多數通過了威爾遜總統的戰爭谘文，美國正式對德國宣戰，站到了協約國一邊。
1917年5月，國會通過了《選征兵役法》（Selective Service Act），要求21~30歲的美國成年男子一律登記應征。8月，國會又將征兵年齡擴大到18~45歲。美國宣戰時擁有現役軍人20萬人，到第一次世界大戰結束前，2400多萬美國成年男子進行了登記，將近280萬人應征入伍，前後投入第一次世界大戰的美國武裝部隊總人數達到4791172人，其中139萬人實際參加了法國戰場的戰鬥。
由於遠征的需要，美國海軍力量在戰爭期間得到了急劇的擴充。1917年7月1日，美國海軍隻有7艘軍艦和6艘貨船，到1918年11月已有143艘艦艇和遠洋運兵船，到戰爭結束前美國海軍艦隻已達2000多艘，服役官兵53.3萬人，在大西洋和太平洋的廣闊水域上執行運輸、護航、巡邏、布雷和戰鬥任務。
1917年5月，威爾遜總統任命約翰·潘興將軍（JohnJoseph Pershing，1860~1948）為美國遠征軍（American Expeditionary Force）司令。6月，美國步兵第一師抵達法國，到年底已有20萬美軍進入法國。
當年11月7日，俄國發生“十月革命”，宣布退出戰爭。東線德軍得以西調，1918年3月21日在西線發起春季攻勢，協約國力敵不支；4月14日，威爾遜總統同意由法軍總參謀長費迪南·福熙（Ferdinand Foch，1851~1929）擔任協約國軍總司令，指示潘興將美軍4個師交給福熙統一指揮，美軍很快投入了戰鬥。
1918年6月3日，德軍擊潰法國第六軍團，兵臨距離巴黎隻有56英裏的馬恩河（Marne）。美軍第二師奔赴戰場，經過3周鏖戰，將德軍趕出了貝萊奧森林（Belleau Wood），同時美軍也付出了9777人的傷亡代價。隨後又有8個美軍師趕到，法美聯軍在8月上旬肅清了馬恩河地區的德軍。