就在德軍集中兵力猛攻西線的同時，東線的俄國也在英法的催促下完成了最後的動員。8月初，俄軍的兩個集團軍共25個師攻入了德國東普魯士的馬祖爾湖地區。而德軍在東線隻有一個第8集團軍，這個集團軍的指揮官就是後來被稱為“帝國雙塔”的興登堡和魯登道夫。這兩位老謀深算的指揮官抓住了俄軍在配合上的失誤，以兩個師牽製俄軍第一集團軍，其他全部兵力則猛攻俄國第二集團軍。8月29日，俄軍第二集團軍被德軍包圍，司令官薩姆索諾夫自殺，俄軍被俘9.5萬人，傷亡3萬人。9月7日，德軍從西線緊急增援過來的2個軍和第8集團軍一起又圍殲了俄國第一集團軍。一場戰役下來，俄軍不但沒占到便宜，反被處於劣勢的德軍消滅了25萬人，而德軍的傷亡還不到3萬。不過俄國在同奧匈帝國的南線戰鬥卻是屢戰屢勝，東線和西線一樣進入了僵持階段。
1915，東線苦戰
1915年是第一次世界大戰的第二個年頭，德軍新任總參謀長法爾金漢決定把“德意誌的劍”從法國人的身上拔出來，在最短的時間內擊敗俄國，然後再與英、法決戰。法爾金漢的想法也不是沒有道理，和英法軍隊相比，俄軍的戰鬥力低得嚇人。雖然俄軍有600萬人，可裝備奇差，士氣低落，士兵大多由文盲組成，被貴族軍官們稱為“灰色製服的牲口”；軍官團內也都是一些腐敗無能的貴族，他們貪汙的本事遠遠大於指揮作戰的本事。俄軍不但火炮和機槍奇缺，甚至需要幾個士兵輪流使用一支步槍或者幹脆在木棍上綁上刺刀，當做步槍使用。和這樣的軍隊作戰，已經不是勢均力敵的戰爭，而更像一場單方麵的屠殺。1915年5月，德奧兩國集中了18個師的兵力，對俄軍發動了猛烈的進攻。俄軍在加利西亞、立陶宛、波蘭全線潰敗，40萬士兵被俘。德軍雖然取得了空前的勝利，但未能消滅俄軍的主力，迫使俄國投降的目的更是遠沒有達到。
東線的俄國連戰連敗的同時，西線的英法也沒好到哪裏去。英法軍隊趁著德軍西線空虛的時機，發動了香巴尼和阿杜瓦戰役。每次進攻時，法國軍隊還像拿破侖戰爭時期那樣排出整齊的隊形，軍官們戴著白手套走在最前麵，士兵則穿著藍色上衣和紅色褲子走在後麵，最後則是軍樂隊。這種自殺式的衝鋒幾乎每一次都會被德國人的大炮和馬克沁重機槍擊潰，在1915年，英法軍隊傷亡約100萬人，東線的俄軍傷亡超過了200萬人，德軍死傷不到100萬人，這一年對協約國來說是無比的黑暗。
1916，最血腥的一年
時間到了1916年，德國人的戰略再次發生了變化。法爾金漢痛苦地發現俄國廣袤的土地簡直就是一個夢魘，無論德軍消滅了多少俄軍，搖搖欲墜的俄國還能重新驅趕著上百萬的士兵來到戰場。法爾金漢決定再次把攻勢轉回西線，他準備選擇一個法國在情感上無法割舍的地方“使法國把鮮血流盡”。法爾金漢最終選擇了人口不到兩萬的小鎮凡爾登，這裏距離巴黎不到200千米，拿下它巴黎就朝不保夕。1916年2月21日清晨，德國人開始了代號為“處決地”的作戰計劃，殘酷的凡爾登戰役正式打響。德國第五集團軍下轄的1400多門火炮對凡爾登地區進行了連續12個小時的連續炮擊，200多萬發炮彈把凡爾登變成了一座人間煉獄。漫長的火力攻擊後，德軍的27個步兵師又發動了潮水般的進攻，凡爾登的外圍據點接連失守，這座巴黎的大門到了淪陷的邊緣。就在這個危急的時刻，貝當將軍成為了凡爾登前線總指揮。在他的嚴令下，法軍緊急擴建了唯一與後方保持聯係的巴勒迪克-凡爾登公路（戰後這條公路被稱為“聖路”），在接下來的幾周裏，每天都會有6000輛卡車可以通過這條公路向凡爾登運輸部隊和物資，法國人在一周內就向凡爾登地區運送兵員19萬人、物資2.5萬噸，這也成為了人類戰爭史上首次大規模的汽車運輸。得到了兵力和重炮支援後，法軍開始將德國人一米一米地逐出凡爾登。12月18日，筋疲力盡的德國人沮喪地發現自己被趕回了戰役開始前的出發地，“凡爾登絞肉機”在這一天終於停止了轟鳴。在這場曆時10個月的殺戮中，德軍已經損失了45萬人，而法國人的傷亡更是達到了55萬，德國人和法國人的鮮血幾乎都在這裏流盡。法爾金漢沒有看到這場戰役的結局，就在8月份被威廉二世撤職，在東線屢立戰功的興登堡和魯登道夫分別擔任了德軍總參謀長和軍需總監，成為了德國實際上的核心人物。
就在凡爾登戰役最激烈的6月和7月，以英軍為主力的協約國部隊也在巴黎西北部的索姆河地區發動了一場攻勢戰役。1916年6月24日，和德國人炮擊凡爾登一樣，英軍的1400多門火炮對德軍在索姆河的陣地進行了猛烈的炮擊。在一周的時間裏，英國炮群將150萬噸的炮彈傾瀉到了索姆河，德國人的陣地被炸得如同月球表麵一樣凹凸不平。然而如此規模的炮擊卻沒能給德軍步兵帶來巨大的殺傷，早在戰役開始前，德軍就在這一地區構築了堅固的防禦工事，地下坑道甚至深達12米，坑道內廚房、醫院、彈藥庫一應俱全，足夠德軍堅持很長時間。7月1日清晨，恐怖的炮擊終於停止了。在28千米寬的戰線上，英軍的14個師發動了猛烈的攻勢。德軍迅速地從地下中傾巢而出，他們把沉重的機槍全都搬上陣地，然後居高臨下地向英軍射擊。在這一天的攻擊中，英軍的傷亡創下了紀錄，約有6萬餘人陣亡、受傷或被俘。在接下來的3個月裏，德軍從凡爾登抽調了精銳部隊增援索姆河，大約1200輛車的彈藥也被緊急輸送到索姆河，英軍雖然使用了包括坦克在內的新式武器，也隻從德國人手裏奪回了180平方千米的戰線。到11月中旬，持續了4個半月的索姆河戰役終於結束了，英法損失了60餘萬人，德國人的損失也大致相當，雙方就像兩個筋疲力盡的拳擊手，隻能喘息著靠在圍繩上，迷惘地等待著1917年的到來。