Как считает С. Г. Нелипович, Брусиловский прорыв не достиг своих целей, поскольку «операция не имела четко поставленной цели. Наступление развивалось ради самого наступления, в котором априори предполагалось, что противник понесет большие потери и задействует больше войск, нежели русская сторона». Хотя Австро-Венгрия была более промышленно развитой страной, чем Россия, и имела превосходство в качестве артиллерии, но боеспособность ее армии снижалась острыми противоречиями между венграми и словаками, немцами и чехами, венграми и сербами, немцами и итальянцами, сербами и хорватами, венграми и румынами.

Потери русских войск в ходе Брусиловского прорыва и вспомогательных операций на других фронтах были особенно велики. Это значительно подорвало боеспособность русской армии и способствовало Февральской революции. В период с мая по декабрь 1916 года войска Юго-Западного фронта потеряли убитыми 201 тысячу солдат и офицеров, ранеными – 1 091 тысячу и пропавшими без вести (главным образом – пленными) – 153 тысячи. Австро-венгерские войска за тот же период в операциях против Юго-Западного фронта, а также в сражении под Барановичами с войсками Западного фронта и на Румынском фронте потеряли 45 тысяч солдат и офицеров убитыми, 216,5 тысячи ранеными и около 378 тысяч пленными. Потери германских войск, действовавших против Юго-Западного фронта, достигли примерно 39 тысяч пленными и 101 тысячи убитых и раненых. Соотношение по пленным было в пользу русских войск – 2,7:1. Зато убитых в армиях Центральных держав было в 3,3 раза меньше, чем в русской армии, а раненых – в 3,6 раза меньше. К столь большим потерям привёл разрозненный, по частям, ввод резервов для развития первоначального успеха под Луцком. В недостаточно подготовленных лобовых атаках русская армия достигла крайней стадии истощения.

До конца года, по ежедневным докладам штаба Юго-Западного фронта Ставке, потери в результате наступления составили: убитыми – 2930 офицеров и 199 836 солдат, ранеными -14 932 офицера и 1 075 959 солдат, пропавшими без вести – 928 офицеров и 151 749 солдат, всего 18 006 офицеров и 1 436 134 солдата. По данным С. Г. Нелиповича, к осени 1916 года войска Австро-Венгрии потеряли от Припяти до румынской границы 30 245 человек убитыми, 327 388 пропавшими без вести, 153 613 ранеными и 102 341 больными. С мая по декабрь австро-венгерский Северный фронт (включая действия под Барановичами и в Румынии) потерял 1294 офицера и 43 764 солдата убитыми, 4769 офицеров и 211 705 солдат ранеными и 5981 офицера и 371 818 солдат пропавшими без вести. Германские войска потеряли в полосе наступления Брусилова 140 000 убитыми, ранеными и пропавшими без вести. В итоге соотношение потерь русских войск к потерям противника составило 2: 1. Правда, русские войска захватили 417 000 пленных, 1745 пулеметов, 448 минометов и бомбометов, 581 орудие и другое военное имущество.

Согласно подсчетам российского историка С. Г. Нелиповича, основанным на донесениях полков русской армии о потерях, во второй половине 1916 года войска русских Северного и Западного фронтов потеряли 54 тыс. убитыми и 42,35 тыс. пропавшими без вести. Германские войска, действовавшие на этих фронтах, и немногие сражавшиеся на Западном фронте австро-венгерские дивизии потеряли 7,7 тыс. убитыми и 6,1 тыс. пропавшими без вести. Это дает соотношение 7,0: 1 как по убитым, так и по пропавшим без вести. На Юго-Западном фронте русские потери составили 202,8 тыс. убитыми. Действовавшие против него австрийские войска потеряли 55,1 тыс. убитыми, а германские войска – 21,2 тыс. убитыми. Соотношение потерь оказывается весьма показательным, особенно с учетом того, что во второй половине 1916 года у Германии на Восточном фронте находились далеко не лучшие, в большинстве своем второочередные дивизии. Если предположить, что соотношение российских и германских потерь здесь было таким же, как и на двух других фронтах, то из состава русского Юго-Западного фронта примерно 148,4 тыс. солдат и офицеров было убито в боях против немцев, а примерно 54,4 тыс. – в боях против австро-венгерских войск. Таким образом, с австрийцами соотношение потерь убитыми было даже немного в нашу пользу – 1,01: 1, а пленными австрийцы потеряли значительно больше, чем русские, – 377,8 тыс. пропавших без вести против 152,7 тыс. у русских на всем Юго-Западном фронте, в том числе и в боях против германских войск.

Брусиловский прорыв привел к объявлению 27 августа Румынией войны Австро-Венгрии. За это Антанта обещала Румынии Трансильванию, большую часть Буковины и Банат.

27 июля 1916 года император Николай II на докладе председателя Совета министров Б. В. Штюрмера о предстоящем вступлении в войну Румынии написал резолюцию: «Повторяю, что сейчас нам необходимо скорейшее выступление Румынии, да и для нее самой это крайне важно. Потерянные теперь недели могут затянуть войну на многие месяцы».

По мобилизационному расписанию Румыния выставляла 400-тысячную армию, состоявшую из 20 сильных по составу дивизий, 10 первоочередных и 10 второочередных. В действительности под ружьем в этих 20 дивизиях было едва 250 000 человек, а второочередные дивизии не имели тяжелой артиллерии.

Под влиянием успеха Брусилова 27 августа войну Центральным державам объявила Румыния. Она наносила главный удар в Трансильвании, но сама подверглась атаке со стороны Болгарии, где была сосредоточена германо-болгаро-турецкая армия под командованием А. Макензена. Однако плохо подготовленная румынская армия была очень быстро разгромлена совместным натиском австрийских, германских, болгарских и турецких войск с юга из Болгарии и с запада из Трансильвании. Русский 47-й армейский корпус под командованием генерала А. М. Зайончковского не успел прийти на помощь румынам в Добрудже. Вся помощь, оказанная Салоникским фронтом румынам, ограничилась оттяжкой сюда нескольких германских батальонов и удержанием на этом фронте более половины болгарских дивизий. России пришлось взять на себя Румынский фронт, перебросив туда часть войск с Юго-Западного. Но еще больше вступление Румынии ухудшило положение Центральных держав, поскольку на Румынский фронт пришлось бросить дивизии с других фронтов и потратить резервы, которых у Германии и ее союзников оставалось все меньше.

После того как 4 декабря пал Бухарест, 12 декабря германское правительство выступило с предложением немедленно приступить к мирным переговорам на принципах, способных «обеспечить существование, честь и свободу развития народов». Поскольку предложения Германии не содержали никаких обещаний освободить оккупированные территории, страны Антанты его отвергли, заявив, что мир невозможен «до тех пор, пока не обеспечено восстановление нарушенных прав и свобод, признание принципа национальностей и свободного существования малых государств».

Английский плакат, приветствующий вступление Румынии в войну на стороне Антанты. 1916 г.

Королевские военно-воздушные силы уже успешно применяли в августе 1914 года бронеавтомобили для патрулирования и защиты передовых аэродромов в Бельгии. Они же под руководством капитана Мюррея Суэтера предложили «сухопутный броненосец» для атаки вражеских траншей. Другой идеей ВВС была «Большая машина» – трицикл с двенадцатиметровыми колесами и тремя башнями. Фрэнк Митчелл отмечал, что эти машины надеялись применить даже для переправы через Рейн.