Im Januar 1915 kam es im Kaukasus zu ersten größeren Kampfhandlungen zwischen osmanischen und russischen Truppen. Dabei musste das Osmanische Reich eine schwere Niederlage hinnehmen. Dies nahm man auf osmanischer Seite zum Anlass, dem Volk der Armenier Kooperation mit den Russen zu unterstellen. Es kam zu Verfolgungen der Armenier durch osmanische Truppen, die schätzungsweise 1 Million armenische Todesopfer forderten. Zahlreiche Armenier wurden in Wüstengebiete deportiert. Der erste große Völkermord des 20. Jahrhunderts wird bis heute in der Türkei tabuisiert.
Das deutsche Heer siegte vom 2.–27. Februar mit Hilfe der neu eingetroffenen 10. Armee in der Winterschlacht in Masuren über die Russen. Die russischen Truppen zogen sich daraufhin endgültig aus Ostpreußen zurück.
Im November 1914 erhielt Erich von Ludendorff als Chef des Stabes gemeinsam mit Paul von Hindenburg das Oberkommando über alle deutschen Truppen der Ostfront. Im Sommer 1915 fielen Polen, fast ganz Kurland und Litauen unter deutsche Okkupation. In Polen entstanden durch die Besatzungsmächte zwei Gouvernements: ein Österreichisches in Lublin und ein Deutsches mit Sitz in Warschau. Die restlichen Gebiete wurden unter dem Begriff Ober Ost zusammengefasst. Das Gebiet des Oberbefehlshabers der gesamten deutschen Streitkräfte im Osten, kurz Ober Ost, erstreckte sich über Kurland, das ethnografische Litauen, einige rein polnische Distrikte wie Augustow und Suwalki und die westlichen Distrikte Weißrusslands.
An der Westfront kam es im Februar und März zur so genannten Winterschlacht in der Champagne, bei der die Franzosen erstmals massives Trommelfeuer einsetzten. Diese Taktik war jedoch nicht sehr erfolgreich, da sich die Deutschen schnell auf einen Angriff der Infanterie einstellten und die Angriffe aus bereits gut ausgebauten Unterständen mit Sperrfeuer und MGs abweisen konnten.
Wenig später begannen die Deutschen mit der Entwicklung einer der furchtbarsten Waffen des Ersten Weltkriegs, dem Giftgas. Für den so genannten Blasenangriff wurde Chlorgas verwendet, das sehr schwer ist, und sich somit in die Gräben senkte. Der erste Angriff war mehr als Experiment gedacht und fand am 22. April in Ypern statt. Die Wirkung war verheerend: 15.000 aus Algerien stammende französische Soldaten, dazu bretonische Territorialsoldaten sowie die erst kürzlich an der Front eingetroffenen Kanadier, flohen oder wurden getötet, so dass die Deutschen anfänglich ohne Widerstand vorrücken konnten. Dennoch nutzte die OHL die Gunst der Stunde nicht, worauf die Alliierten die Front wieder schließen konnten. Es ist historisch nicht endgültig geklärt, welche Kriegspartei tatsächlich zuerst Gas als Kampfmittel eingesetzt hat.
Am 25. April begann die Dardanellen-Operation der Alliierten auf der Halbinsel Gallipoli mit dem Ziel, nach Konstantinopel durchzubrechen. Alliierte Truppen hatten zuvor unter Missachtung der griechischen Neutralität die Insel Lemnos erobert, um sie als Ausgangspunkt für Angriffe gegen das Osmanische Reich zu nutzen. Die zerklüfteten Felsen von Gallipoli boten zwar einen guten Unterschlupf, aber bei den Angriffen waren sie den Briten, Australiern und Neuseeländern wenig hilfreich. Auch war der türkische Widerstand unerwartet hart, weshalb die Operation bis zum 9. Januar 1916 mit einer umfassenden amphibischen Evakuierung abgebrochen werden musste.
An der deutschen Ostfront fand vom 2. bis zum 7. Mai östlich von Krakau die Schlacht von Gorlice-Tarnów statt, in deren Verlauf den deutschen und österreichisch-ungarischen Truppen ein tiefer Einbruch in die russischen Stellungen gelang. Przemysl und Lemberg wurden im Juni zurückerobert; die Mittelmächte konnten Galizien größtenteils wieder unter ihre Kontrolle bringen.
Am 7. Mai versenkte ein deutsches Unterseeboot das britische Passagierschiff Lusitania vor der südirischen Küste, was schwere Spannungen zwischen dem Deutschen Reich und den USA auslöste. Dabei soll dem deutschen Unterseeboot die Position der Lusitania, die nach neusten Forschungen zum Waffentransport verwendet wurde, durch gegnerische Funksignale übermittelt worden sein.
Am 9. Mai versuchten Briten und Franzosen einen Durchbruch im Artois Schlacht bei Lens, die jedoch trotz enormer Verluste ohne Erfolg blieb und Mitte Juni abgebrochen wurde.
Am 23. Mai erklärte Italien (nach der Zusicherung von österreichisch-ungarischem Gebiet durch Frankreich und Großbritannien im Falle eines Sieges der Entente) Österreich-Ungarn den Krieg. Die Front verlief über Tirol, entlang des Isonzo zur Küste der Adria. Damit befand sich Österreich-Ungarn ab sofort in einem Dreifrontenkrieg, was die Lage der Mittelmächte verkomplizierte. Bis Sommer 1917 versuchten die italienischen Truppen in elf Isonzoschlachten vergeblich die österreichisch-ungarischen Stellungen zu stürmen. Diese konnten auch die Gebirgshöhen wirkungsvoll zur Verteidigung nutzten; ein Teil der Frontlinie verlief im Hochgebirge. Die dortigen Kämpfe gingen als „Krieg in Schnee und Eis“ in die Geschichte ein und forderten tausende Tote, noch mehr Verwundete und Kranke. Zahlreiche Soldaten wurden dabei sogar durch gezielt ausgelöste Lawinen getötet.
Anfang Juli starteten die Mittelmächte eine Großoffensive an ihrer Ostfront. Bis zum September gelang ihnen dabei die Einnahme wichtiger Städte wie Warschau, Brest-Litowsk und Wilna. Die Mittelmächte drückten die russische Front teilweise um mehrere hundert Kilometer ein. In der Schlacht bei Tarnopol hielt die russische Armee den Vorstoß auf. Im selben Monat übernahm Zar Nikolaus II. persönlich den Oberbefehl über das russische Heer. Trotz der großen russischen Gebietsverluste strebte er keinen von den Mittelmächten erhofften Separatfrieden an.
Verstärkung erhielten die Mittelmächte am 14. Oktober 1915 durch den Kriegseintritt Bulgariens. Bereits am 6. September hatte sich Bulgarien zu einer Zusammenarbeit mit den Mittelmächten bereit erklärt, die durch einen Angriff auf Serbien eine Landverbindung zum Osmanischen Reich herstellen wollten. Am 6. Oktober begann die Offensive gegen Serbien, in deren Verlauf die Mittelmächte bis November die serbische Armee bis nach Albanien zurückdrängten. Bis zum Dezember 1915 besetzten österreichisch-ungarische, deutsche und bulgarische Truppen ganz Serbien. Die Reste der serbischen Armee konnten sich unter Mitnahme von einigen tausend Gefangenen nach Korfu absetzen.
Zu den letzten größeren Kampfhandlungen an der Westfront des Kriegsjahres 1915 kam es zwischen 25. September und 13. Oktober im Artois und der Champagne. Diese für Briten und Franzosen verlustreiche Herbstschlacht brachte wieder nur geringfügige Einbrüche in die deutschen Stellungen. Der u.a. auch in den Vogesen, im Bogen von St. Mihiel, in den Argonnen und unterirdisch mit gewaltigen Minen geführte Landkrieg an der Westfront im Jahre 1915 brachte im Ergebnis keine nennenswerten Verschiebungen der Frontlinie, führte aber zu den schwersten französischen Verlusten innerhalb eines Kalenderjahres während des gesamten Krieges.
Ende November unternahmen britische Truppen vom Persischen Golf aus einen Vorstoß nach Mesopotamien. Bei Kut el-Amara wurden sie jedoch von der osmanischen Armee eingeschlossen und mussten im April 1916 kapitulieren.
