На этот раз русские войска обладали не только численным, но и техническим перевесом над противником. Так, на Юго-Западном фронте, где наступление началось 18 июня (1 июля), превосходство по людям было в полтора раза, а по орудиям – в 1,3 раза. Артиллерийские снаряды имелись в избытке. Начальник штаба Верховного Главнокомандующего генерал А.С. Лукомский писал в мемуарах: «На успех надеялись вследствие сосредоточения на фронте значительной артиллерии и считали, что, может быть, при поддержке могущественного артиллерийского огня части пойдут вперед, а победа даст и все остальное». Расчеты не оправдались. Наступление провалилось, хотя началось довольно успешно. Войска 8-й армии под командованием генерала Лавра Корнилова, хотя и наносили по плану вспомогательный удар, смогли продвинуться дальше всех и овладеть городами Галич и Калуш. Однако другие армии осуществили лишь незначительное продвижение вперед. Многие части отказывались продолжать наступление. Солдаты самовольно покидали позиции. Приказы командования обсуждались на митингах и чаще всего не выполнялись. Участились убийства офицеров. Оставшись без поддержки соседей, Корнилов 3 (16) июля вынужден был оставить Калуш. Через три дня последовал мощный контрудар австро-германских войск на Тернополь. Еще в апреле – мае немцы отразили генеральное наступление англо-французских войск и имели возможность перебросить необходимые подкрепления с Западного фронта. В первый же день войска 11-й армии не выдержали натиска врага и обратились в бегство, вскоре ставшее паническим. 9 (22) июля исполнительные комитеты Юго-Западного фронта известили правительство: «В настроении частей, двинутых недавно вперед героическими усилиями сознательного меньшинства, определился резкий и гибельный перелом. Большинство частей находится в состоянии все возрастающего разложения. О власти и повиновении нет уже и речи. Уговоры и убеждения потеряли силу, на них отвечают угрозами, а иногда и стрельбой. Некоторые части самовольно уходят с позиций, даже не дожидаясь подхода противника. Были случаи, что отданные приказания спешно выступить в поддержку обсуждались часами на митингах, почему поддержка опаздывала на сутки… На протяжении сотен верст в тыл тянутся вереницы беглецов с ружьями и без них, здоровых, бодрых, потерявших всякий стыд, чувствующих себя совершенно безнаказанными». Назначенный командующим фронтом Корнилов не смог остановить отхода вплоть до реки Збруч, на которой фронт стабилизировался в середине июля. 21 июля (3 августа) австро-венгерские части выбили русских из Черновиц. Дальнейшему наступлению на восток армий Центральных держав помешали трудности снабжения, так как отступающие основательно разрушили железные дороги. Кроме того, теперь, как надеялось германское руководство, процесс разложения русской армии станет необратимым и незачем перебрасывать на восток боеспособные дивизии с Запада.

Позднее, в начале сентября (н. ст.), немецкие войска предприняли частное наступление против Северного фронта и овладели Ригой. Русское командование заранее знало время и место предстоящей атаки, но эффективных контрмер предпринять не смогло из-за нежелания солдат драться и собственной нерешительности. Немцы не стали преследовать отходящие в беспорядке части 12-й армии, поскольку собирались перебросить часть сил с Восточного на итальянский фронт. Последней операцией Германии против России в 1917 году стал захват Моонзундских островов в Рижском заливе, куда в октябре был высажен 25-тысячный десант. Его поддерживали 10 дредноутов, включая новейшие линкоры класса «Баден» из состава «Флота открытого моря». Русский Балтийский флот мог противопоставить им лишь два устаревших линкора. После упорного сопротивления русский гарнизон был эвакуирован. Балтийский флот потерял линкор «Слава» и эсминец «Гром», немцы – несколько миноносцев. В Моонзундском проливе русские моряки затопили несколько судов, и противник не смог ими воспользоваться. Начальник штаба германского Верховного командования П. Гинденбург назвал Моонзундскую операцию «единственной совершенно удавшейся совместной операцией армии и флота» за всю войну.

В октябре, когда солдаты уже толпами покидали фронт, неизбежность скорой военной и политической катастрофы стала ясна новому военному министру генералу Александру Верховскому. Единственное спасение он видел в немедленном начале совместных с союзниками переговоров о мире, надеясь, что, пока они будут длиться, «можно рассчитывать на воссоздание боевой мощи армии, что, в свою очередь, благоприятно отразится на самих условиях мира». Министр рассчитывал, что «весть о скором мире не замедлит внести в армию оздоровляющие начала, что даст возможность, опираясь на наиболее целые части, силой подавить анархию и на фронте, и в тылу». Поскольку Англия, Франция и США не собирались в тот момент идти на мир с Германией, предложения Верховского не имели шансов на успех. Временное правительство в ночь с 20 на 21 октября (ст. ст.) отвергло их и отправило Верховского в отставку. Преемника назначить ему уже не успели из-за захвата власти большевиками 25 октября.

После успеха под Ригой германское командование сосредоточило усилия на помощи Австро-Венгрии на итальянском фронте. Здесь итальянцы предприняли в 1917 году еще два наступления на Изонцо, не принесшие решительных результатов. Германия направила на помощь Австро-Венгрии 7 дивизий и значительное количество артиллерии, чтобы нанести решающее поражение итальянской армии и не допустить повторения с ее стороны широкомасштабных наступательных операций. Главный удар в районе Капоретто наносила 14-я армия германского генерала Белова из 8 австрийских и 7 немецких дивизий. Наступление началось утром 24 октября. Атака не была неожиданной для итальянцев, но они не смогли оказать достойного сопротивления. В первый же день австрийцы захватили Капоретто. Уже на второй день ширина прорыва достигла 30 км, а глубина – 15 км. Итальянские войска в беспорядке отходили. Англия и Франция уже 30 октября вынуждены были начать отправку на помощь итальянцам 11 дивизий. Итальянское командование рассчитывало задержать противника на реке Тальяменто в 60 км от Изонцо, но в ночь на 3 ноября австро-германские войска форсировали ее, и итальянцам пришлось отходить до реки Пьяве. Здесь 9 ноября фронт стабилизировался, а 19-го наступление Центральных держав окончательно остановилось. В сражении при Капоретто итальянцы потеряли 10 тысяч убитыми, 30 тысяч ранеными и 265 тысяч пленными, половину всей своей артиллерии, 22 авиационных парка и много другого имущества.

8 января 1918 года, чтобы ослабить эффект от советских призывов к миру без аннексий и контрибуций, президент США Вудро Вильсон в послании конгрессу изложил программу мирного урегулирования, названную впоследствии «Четырнадцатью пунктами Вильсона». Эта программа предусматривала изменение европейских границ по этническому принципу, освобождение Центральными державами всех оккупированных территорий, возвращение Франции Эльзаса и Лотарингии, образование независимой Польши, предоставление широкой политической автономии народам Австро-Венгрии и Турции, открытие черноморских проливов для судов всех стран. Поскольку все эти предложения были явно в пользу Антанты, страны Четверного союза их отвергли.

Партия Ленина пришла к власти под лозунгом: «Мир без аннексий и контрибуций!» И первым постановлением новой власти стал Декрет о мире, содержащий обращение ко всем воюющим странам немедленно начать мирные переговоры. «Продолжать эту войну, – говорилось в декрете, – из-за того, как разделить между сильными и богатыми нациями захваченные ими слабые народности, правительство считает величайшим преступлением против человечества и торжественно заявляет свою решимость немедленно подписать условия мира, прекращающего эту войну на… равно справедливых для всех без изъятия народностей условиях». 7 (20) ноября 1917 года нарком иностранных дел Лев Троцкий обратился к государствам Антанты и Четверного союза с предложением заключить общий мир. Через два дня советское правительство призвало все солдатские комитеты и всех солдат самостоятельно устраивать локальные перемирия. С этого момента прекращение огня было фактически установлено на фронтах России со странами германского блока. Страны Антанты отвергли предложение о перемирии и мирных переговорах, а Германия и ее союзники, надеясь избавиться от русского фронта, его приняли.