Вплоть до конца августа шла борьба на истощение, в ходе которого продвижение войск Антанты исчислялось немногими километрами.

3 сентября после мощной артподготовки 26 французских и 32 английских дивизий одновременно пошли в наступление. Им противостояла группа армии кронпринца баварского Руппрехта. За 6 дней союзники продвинулись на расстояние от 2 до 4 км и вышли на некоторых участках к третьей линии германской обороны. Затем немцы смогли закрыть брешь большим количеством пулеметов. 15 сентября англичане впервые применили танки. 18 машин обеспечили продвижение в сутки на 4–5 км на фронте в 10 км. Однако в ходе боя 10 танков были уничтожены или повреждены. Новых машин под рукой у английского командования не было, оставшийся 31 танк вышел из строя во время марша к фронту. Развить успех не удалось.

Новые неоднократные атаки в конце сентября и начале октября принесли продвижение лишь на несколько километров. К середине октября Руппрехт, получив из резерва гвардейский корпус, остановил наступление союзников. В середине ноября бои на Сомме окончательно прекратились. Общие потери французов убитыми, ранеными и пленными достигли 341 тысячи человек, англичан – 453 тысячи и немцев – 538 тысяч человек. Общий неуспех союзников был вызван тем, что немецкие войска успевали быстрее восстановить свои оборонительные линии и перебросить резервы на угрожаемые участки, чем их противники успевали нарастить силу удара.

На Итальянском фронте австрийцы 15 мая 1916 года начали наступление в Трентино, рассчитывая в случае успеха окружить неприятельские войска, стоявшие на Изонцо. Имея лишь на четверть больше пехоты, но обладая более чем трехкратным превосходством в артиллерии, они сумели к концу мая потеснить итальянскую армию на 12–20 км, но уже 30 мая наступление было остановлено. Окончательно отказались от его продолжения в середине июня, в связи с наступлением русского Юго-Западного фронта и необходимости переброски туда имевшихся резервов. 16 июня итальянцы перешли в контрнаступление. К концу июня им удалось отвоевать примерно половину потерянной территории, после чего фронт стабилизировался. Итальянские потери составили 15 тысяч убитых, 76 тысяч раненых, 56 тысяч пленных и 294 орудия. Австрийцы потеряли 10 тысяч убитыми, 45 тысяч ранеными и 26 тысяч пленными.

В 1916 году в России дали наконец эффект мероприятия по мобилизации промышленности для военных нужд. По сравнению с началом 1915 года производство винтовок выросло втрое, орудий разных калибров – в 4–8 раз, а боеприпасов разных видов – в 2,5–5 раз. Помогли и поставки от союзников. Теперь русские войска вновь перешли в наступление, воспользовавшись тем, что Германия сосредоточила основные усилия на Западном фронте против Вердена, а часть австро-венгерских дивизий была отвлечена на борьбу с Италией.

В марте русская армия нанесла удар по германским позициям в районе озера Нарочь, закончившийся безрезультатно. Генеральное наступление планировалось на лето. Предполагалось, что противника атакуют одновременно все три фронта: Северный под командованием А. Н. Куропаткина, Западный во главе с А. Е. Эвертом и Юго-Западный, которым с марта вместо Н. И. Иванова командовал А. А. Брусилов. Северный и Западный фронт имели почти двукратное превосходство над противостоящими им немецкими войсками, Юго-Западный фронт примерно в полтора раза превосходил сосредоточенные на его участке австро-венгерские армии, существенно уступавшие в боеспособности германским.

Предполагалось, что главный удар из района Молодечно на Вильно будет наносить Западный фронт. Северный фронт должен был наступать от Двинска также на Вильно. Юго-Западному фронту предписывалось нанести вспомогательный удар из района Ровно на Луцк. Наступление следовало подготовить к началу мая, чтобы упредить возможную атаку противника. Однако подготовка затянулась, и Ставка перенесла наступление на конец мая. В итоге Юго-Западный фронт атаковал противника 22 мая (4 июня). На Северном было решено ограничиться демонстрацией наступления, а Западный должен был нанести главный удар на неделю позже Юго-Западного. Однако наступление армий Эверта неоднократно откладывалось и последовало лишь 19 июня (2 июля) под Барановичами, окончившись полной неудачей. К тому времени уже определился стратегический успех Юго-Западного фронта.

Брусилов знал, что австрийцы с помощью воздушной разведки непременно обнаружат подготовку к наступлению. И приказал рыть траншеи для сближения с противником – верный признак готовящейся скорой атаки более чем на 20 участках своего фронта. В результате противник так и не установил, где же будет главный удар, потому что направления главного удара фактически не было.

Атака началась сразу более чем на 10 участках всеми четырьмя армиями Юго-Западного фронта. Она предварялась тщательной разведкой, мощной артподготовкой, а в проволочных заграждениях заранее были проложены проходы. Уже на второй день наступления 8-я армия генерала Алексея Каледина, где было относительно больше сил и средств, прорвала австро-венгерский фронт, а 25 мая заняла Луцк. Успешно наступали и другие армии. Австро-венгерские части отступали в беспорядке.

Брусилов впервые применил тактику одновременного наступления на разных направлениях в масштабах фронта. Такая тактика не позволяла противнику сконцентрировать резервы и артиллерию в одном месте для отражения атаки. Подобные дробящие удары легко рассекли австро-венгерский фронт. Однако оборотная сторона заключалась в том, что достигнутый успех трудно было использовать. Силы Юго-Западного фронта оказались рассредоточены, и непросто было собрать их в кулак для развития наступления в наиболее выгодном направлении. Да и конкретных планов дальнейшего продвижения с целью достижения стратегических результатов не было ни у Ставки, ни у командования фронтом. Ведь наступление Брусилова задумывалось как вспомогательное.

Развивая успех и отразив контратаки неприятеля, русские войска вышли на рубеж реки Стрыпа, а потом с помощью подошедших с других фронтов подкреплений захватили город Бучач и Буковину со столицей провинции Черновицами. Бреши в австрийском фронте заделывались срочно переброшенными германскими подкреплениями. Немецкому командованию пришлось окончательно отказаться от наступления на Верден. Австрийцы же прекратили удачно развивавшееся наступление на Итальянском фронте. Однако русская Ставка только 3 (16) июня решила сосредоточить все усилия на развитие успеха Брусилова, признав Юго-Западный фронт главным.

К тому времени сильная группировка австро-немецких войск была сосредоточена в районе Ковеля и смогла удержать этот важнейший железнодорожный узел, падение которого ставило под угрозу устойчивость всего Восточного фронта центральных держав. Ставка и Брусилов, все еще рассчитывая на успешное наступление Западного фронта, часто отдавали войскам противоречивые приказы, концентрируя наступление то на ковельском, то на львовском направлении. Это облегчило австро-германскому командованию задачу восстановления сплошной линии фронта. Для укрепления боеспособности австро-венгерской армии в ее боевые порядки были введены германские дивизии, а непосредственно к частям прикомандированы германские офицеры, передававшие союзникам свой опыт. Кроме того, немцы занялись обучением австро-венгерских пополнений.