20 ноября (3 декабря) начались переговоры в Брест-Литовске советской делегации во главе с Адольфом Иоффе с представителями Четверного союза. Немецкую делегацию возглавлял начальник штаба Восточного фронта М. Гофман. 2(15) декабря было заключено официальное перемирие. 9 декабря открылась мирная конференция, на которой немецкую делегацию возглавил статс-секретарь министерства иностранных дел Рихард фон Кюльман, а австрийскую – министр иностранных дел граф Оттокар фон Чернин. Центральные державы формально соглашались на мир без аннексий и контрибуций, но лишь при условии, что такую же позицию займут и государства Антанты. Однако при этом Германия настаивала на сохранении своих колоний и считала, что оккупация Польши, Литвы и Курляндии должна продлиться до заключения всеобщего мира. 27 декабря 1917 года (9 января 1918 года) советскую делегацию возглавил Троцкий. Ленин сказал ему: «Для затягивания переговоров нужен затягиватель». Такой и была одна из функций Троцкого в Бресте. Другая, не менее важная заключалась в пропаганде на конференции идей мировой пролетарской революции, поскольку подробные отчеты о конференции публиковались в германских и австро-венгерских газетах. Насчет возможности продолжать войну Ленин и Троцкий нисколько не заблуждались. Последний вспоминал: «Когда я в первый раз проезжал через линию фронта на пути в Брест-Литовск, наши единомышленники в окопах не могли уже подготовить сколько-нибудь значительной манифестации протеста против чудовищных требований Германии: окопы были почти пусты». Троцкий надеялся, что германское командование не рискнет двинуть войска в бой против предлагающей мир советской России, и рассчитывал, что революция в Германии грянет в ближайшие месяцы (потому большевики и затягивали переговоры). Он считал необходимым опровергнуть слухи о сговоре большевиков с германским правительством, распространявшиеся среди мировой социал-демократии. Для этого Троцкий изобрел формулу: «Войну прекращаем, армию демобилизуем, но мира не подписываем». Ленин боялся, что немцы все-таки возобновят наступление. Троцкий заявил: «Тогда мы вынуждены будем подписать мир. Но тогда для всех будет ясно, что у нас нет другого исхода. Этим одним мы нанесем решительный удар легенде о нашей закулисной связи с Гогенцоллерном. Конечно, тут есть свои плюсы. Но это слишком рискованно. Если бы мы должны были погибнуть для победы германской революции, мы были бы обязаны это сделать. Германская революция неизмеримо важнее нашей. Но когда она придет? Неизвестно. А сейчас нет ничего более важного на свете, чем наша революция. Ее надо обезопасить во что бы то ни стало».

Но революция в Германии прежде военного поражения так и не случилась. Германская сторона сочла, что отказ от подписания мира дает достаточно оснований для прекращения перемирия. 18 февраля немецкие и австро-венгерские войска начали наступление и быстро продвигались вперед, практически не встречая сопротивления. 20 февраля Гофман записал в дневнике: «Свинства в русской армии гораздо больше, чем мы предполагали. Сражаться больше никто не хочет. Вчера один лейтенант и шесть солдат взяли в плен 600 казаков. Сотни пушек, автомобилей, локомотивов, вагонов, несколько тысяч пленных, дюжины дивизионных штабов захвачены без всякой борьбы». 24 февраля немцы заняли Псков, 1 марта – Киев, 3 марта – Нарву. На Украине интервенты 29 апреля свергли Центральную Раду и привели к власти генерала царской армии Павла Скоропадского, провозглашенного «гетманом всея Украины». Центральная Рада перестала устраивать Германию и Австро-Венгрию из-за своей аграрной политики. Социалисты, преобладавшие в Раде, хотели провести аграрную реформу и разделить помещичьи и кулацкие земли между крестьянами. Центральные же державы считали, что из крупных хозяйств легче будет забирать продовольствие для голодающего населения Берлина и Вены.

Петроград решено было не брать, поскольку сил для оккупации России у Германии и ее союзников все равно не было, а по сравнению с хаосом предпочтительнее было иметь все же правительство большевиков, от которого ожидали поставок сырья и продовольствия и выплаты контрибуции золотом после неизбежного заключения мира. Теперь Троцкий всецело поддержал Ленина в необходимости достижения мира любой ценой. 19 февраля советская сторона заявила о принятии прежних германских условий. Однако 21 февраля немцы выдвинули иные, гораздо более тяжелые условия. 3 марта новый глава советской делегации Григорий Сокольников подписал Брестский договор, отказавшись от каких-либо дискуссий по отдельным статьям. Германия удерживала за собой все оккупированные территории до заключения всеобщего мира, а Россия навсегда отказывалась от Польши и Прибалтики и должна была признать независимость Украины и Финляндии, где находились германские войска. Турции возвращались Батум, Ардаган и Карс. Хотя 15 марта Всероссийский съезд Советов ратифицировал Брестский мирный договор, немецкие войска в апреле и начале мая захватили Крым и Ростов-на-Дону, а в конце мая – начале июня – Грузию. 15 сентября турецкие войска вошли в Баку. Кроме того, по дополнительному договору от 27 августа 1918 года Германия должна была получить от России контрибуцию в 6 млрд. марок.

13 ноября после капитуляции Германии Брестский мир был аннулирован. Ленин называл его «несчастным миром» и рассматривал как необходимую передышку для становления новой власти. На VII экстренном съезде партии, созванном 6 марта 1918 года для рассмотрения договора с Центральными державами, он убеждал своих товарищей: «Никогда в войне формальными соображениями связывать себя нельзя. Смешно не знать военной истории, не знать того, что договор есть средство собирать силы… Некоторые определенно, как дети, думают: подписал договор, значит, продался сатане, пошел в ад. Это просто смешно, когда военная история говорит яснее ясного, что подписание договора при поражении есть средство собирания сил». Ленин был уверен, что скорая революция в Германии превратит Брестский договор в клочок бумаги, и не ошибся в расчетах.

После выхода России из войны положение Румынии стало безнадежным. С согласия других держав Антанты она заключила 5 марта 1918 года предварительный договор о мире, а 27 мая – Бухарестский мирный договор, по которому уступала Южную Добруджу Болгарии и ряд пограничных территорий Австро-Венгрии. Северная Добруджа переходила под совместное управление государств Четверного союза. Взамен Румыния получила российскую Бессарабию.

Высвободившиеся после выхода из войны России силы Германия бросила на Западный фронт в попытке достичь там решающего успеха до того, как на европейском театре появятся большие контингенты американских войск. К середине марта 1918 года германские войска на Западе насчитывали 194,5 дивизии, а войска Антанты – 186 дивизий. Единственный раз за всю войну немцам удалось достичь здесь небольшого численного превосходства. 21 марта началось германское наступление в Пикардии. За 5 дней боев немцы прорвали фронт на стыке 5-й английской армии, отступавшей к морю, и 6-й французской, отходившей на Париж. Между ними образовался 15-километровый разрыв. Немцам была открыта дорога на Амьен, до которого осталось всего 35 км. Но 26 марта все английские и французские войска во Франции и Бельгии были подчинены французскому генералу Фошу. Налаженная наконец координация действий союзных армий позволила сосредоточить резервы у Амьена и остановить продвижение противника. К 5 апреля боевые действия в Пикардии прекратились. Немцам удалось продвинуться до 60 км в глубину на фронте в 70 км, отвоевав территорию, оставленную в ходе отступления в 1917 году. Но впервые немцы потеряли больше, чем союзники, – 240 тысяч человек против 212 тысяч. Позволить такое соотношение потерь длительное время они не могли, поскольку значительно уступали своим врагам по людским ресурсам.