ב-25 באוקטובר 1917 (על פי הלוח היוליאני, 7 בנובמבר לפי הלוח הגרגוריאני), הובילה המפלגה הבולשביקית בראשות מנהיגה לנין, את המהפכנים הקומוניסטים והסוציאלסטים למרד, כמעט ללא שפיכות דמים בפטרוגרד, נגד הממשלה הזמנית החלשה של קרנסקי. באותו זמן התכנס בעיר הקונגרס השני של המועצות (הסובייטים) כאשר מתוך 649 הצירים הנבחרים שבו, 390 היו בולשביקים וקרוב ל-100 השתייכו לאגף השמאלי של המפלגה הסוציאל-רבולוציונרית, שתמכו גם הם בהפלת ממשלתו של קרנסקי. עם נפילת ארמון החורף, הוציא הקונגרס צו שהעביר כוח אל הסובייטים נבחרי הפועלים, החיילים והאיכרים, על מנת לאשר את המהפכה. ביום שלאחר מכן בחרו הסובייטים את "מועצת ממוני העם" והעבירו את הצו על השלום, שתבע את יציאתה המיידית של רוסיה מהמלחמה וכינון מיידי של שלום דמוקרטי וצודק. המנשר קרא ל"אחינו הגרמנים-אוסטרים" (הפרולטרים) להניח את הנשק כיוון שהאויב האמיתי הוא האויב המשותף לכל פועלי העולם - הקפיטליזם המנצל. במקביל החלו מאות חיילים וקצינים רוסים יוצאים ללא נשק מן החפירות לכל אורך החזית והחלו לשוחח ולהחליף מתנות עם החיילים הגרמנים שניצבו מולם.
כחודש לאחר הוצאת הצו, ב-5 בדצמבר (גרגוריאני), נחתם הסכם שביתת-נשק בין רוסיה הסובייטית לבין האימפריה הגרמנית, יום לאחר מכן נחתם הסכם שביתת נשק גם בין גרמניה לרומניה ועשרה ימים מאוחר יותר נחתם הסכם שביתת נשק כולל בחזית המזרחית. ב-22 בדצמבר החלו שיחות שלום בברסט ליטובסק. ראש המשלחת הרוסית היה אדולף יופה שהציע שלום ללא ויתור רוסי על טריטוריות או תשלום פיצויים, הצעה שנדחתה מכל וכל על ידי הגרמנים, האוסטרים ונציגי האימפריה העות'מאנית. בינואר 1918 פרסם נשיא ארצות הברית וודרו וילסון את ארבע עשרה הנקודות שצריך לקיים הסכם שלום.
ב-10 בפברואר 1918, לאחר כישלון סבב שיחות השלום, פרסם לאון טרוצקי הצהרת אי-לוחמה חד-צדדית עם מעצמות המרכז בבחינת "לא מלחמה ולא שלום". האימפריה הגרמנית הגיבה בהתקפת פתע בניסיון להשיג הישגים טריטוריאליים של הרגע האחרון וללחוץ על הרוסים במשא ומתן, כוחותיה כבשו את פסקוב והתקדמו לתוך בלארוס ואוקראינה והגיעו עד פטרוגרד, תוך שאניות הצי הגרמני במפרץ הפיני מאיימות עליה. בתנאים קשים אלה נאלצה רוסיה להתמודד עם סבב שיחות נוסף, מתוך מעמד מאוים ונחות בהרבה.
הסכם ברסט-ליטובסק.
ב-3 במרץ חתמה רוסיה על הסכם כניעה משפיל ומבזה עם מעצמות המרכז. רוסיה נאלצה לוותר על פינלנד, אוקראינה, בלארוס, פולין והמדינות הבלטיות, וכן למסור לאימפריה העות'מאנית את כל השטחים שכבשה ממנה במלחמה העות'מאנית-רוסית (1877–1878), ובייחוד את ארדהאן, קארס ובתומי. רוסיה איבדה מאות אלפי קמ"ר בהם התגוררו כ-56 מיליון תושבים (כשליש מאוכלוסיית המדינה). הצי הבלטי אולץ לעזוב את בסיסיו במפרץ הפיני ולסגת מזרחה. הצי הרוסי בים השחור הועבר לבעלות גרמנית. ב-27 באוגוסט נחתם בברלין הסכם לפיו רוסיה תשלם לגרמניה פיצויים בסך 6 מיליארד מרק. ההסכם הופר במאי 1918 עם פלישת האימפריה העות'מאנית לארמניה, אך החזיק מעמד מול גרמניה עד חתימת הסכם רפאלו שביטל אותו והסדיר את יחסי ברית המועצות עם רפובליקת ויימאר.
עם היוודע דבר ההסכם ברוסיה, בימי מלחמת אזרחים, הוא נתפס ככניעה של הבולשביקים. המדינות הבלטיות, אוקראינה ופינלנד הפכו לבסיסי התנגדות לבולשביקים ובסיסים של הצבא הלבן. כוחות מלוכניים אף חברו לגרמנים ששלטו להלכה בטריטוריות אלה, על מנת למגר את השלטון הבולשביקי.
התערבות מדינות ההסכמה ברוסיה לאחר הסכם ברסט-ליטובסק.
למדינות ההסכמה היה אינטרס לשמר את החזית המזרחית כנגד גרמניה. לפיכך פעלו בריטניה וצרפת בסכסוך הפנים-רוסי כנגד הבולשביקים ולצד מצדדי המשטר הישן. משך זמן מה, ובחזיתות הסמוכות לכוחות של מעצמות המרכז, פעל גם השלטון הסובייטי – שגם הוא לא שש לאפשרות של חדירת צבאות מעצמות המרכז לשטחים רוסיים – למען אותה מטרה, כתף אל כתף עם חילות המשלוח של מדינות ההסכמה, ועל כל פנים, לא התייצב כנגדן.
מיד לאחר הסכם ברסט-ליטובסק נחתו חיילים גרמנים בפינלנד. מדינות ההסכמה חששו לנפילת נמלי מורמונסק וארכנגלסק לידי הגרמנים ושיגרו לאזור חיילים מארצות הברית, בריטניה, קנדה, איטליה וסרביה על מנת להגן עליהן. הכוחות המערביים ביקשו להמשיך ולהחזיק בנמלים האסטרטגיים גם לאחר סיום המלחמה, אך נהדפו לאחר מתקפה של הצבא האדום ב-1919.
אחת מפעולות ההסכמה בשלב הייתה חילוץ הלגיון הצ'כוסלובקי, על מנת שיוכל להילחם לצד מדינות ההסכמה. היה זה צבא של שבויי מלחמה, רובם מצ'כיה ומיעוטם מסלובקיה, שנפלו בשבי הרוסי עת שירתו בצבא אוסטרו-הונגריה, ושניאותו להילחם למען מדינות ההסכמה. השלטונות הקומוניסטיים הסכימו לאפשר לצ'כוסלובקים מעבר דרך סיביר, ומסיביר, דרך נמל ולדיווסטוק, לארצות הברית, ומשם לאירופה התוכנית התקדמה בקושי ולא נשלמה עד סיום המלחמה.
ביומה האחרון של 1917 נחת בוולדיווסטוק שבמזרח סיביר כוח בריטי-אמריקאי-יפני משולב, בתואנה של הגנה על אינטרסים אמריקאים, בריטים ויפנים באזור מזרח סיביר. באוגוסט 1918 הצטרף כוח המשימה האמריקני בסיביר. הכוחות חברו ללגיון הצ'כוסלוסקי, אך נותרו בשטח גם לאחר סיום המלחמה וסייעו לכוחות אנטי-בולשביקים במהלך מלחמת האזרחים.
כוחות משולבים בריטים וצרפתים, שהסתייעו בבעלי אינטרסים מקומיים ושבויי מלחמה משוחררים פעלו גם בקווקז ופרס, באוקראינה ובמרכז אסיה, במטרה לחדור לשטחים אותם פינתה רוסיה ולמנוע את נפילתם בידי מעצמות המרכז מחד והקומוניסטים מאידך.
קרבות האימפריה הרוסית בחזיתות המשנה.
המערכה בקווקז.
ב-29 באוקטובר 1914 הפגיזו אניות הצי הגרמני הקיסרי בחסות עות'מאנית את נמלי אודסה וסבסטופול שבים השחור, ללא הכרזת מלחמה רשמית. הרוסים הגיבו במתקפה קרקעית של ארמיית הקווקז המצומצמת ששהתה בחזית זו, שמחצית מחייליה (כ-50,000) הועברו לסיוע בקרבות בפרוסיה המזרחית. ב-2 בנובמבר הכריזה רוסיה רשמית על מלחמה עם האימפריה העות'מאנית. בין דצמבר 1914 לקיץ 1915 כבשו הרוסים בפיקודו של ניקולאי יודניץ' שטחים ברצועה של 100–150 ק"מ בצפון-מזרח אנטוליה, בסיוע ארמנים מקומיים ברצועה מימת ואן בדרום-מזרח עד קו קפריקאי (Köprüköy)-הים השחור בצפון-מערב. הקרב המרכזי בגזרה היה קרב סריקמיש (22 בדצמבר 1914 - 17 בינואר 1915) שהסתיים בניצחון רוסי. עקב התבוסה בקרב זה האשים שר המלחמה העות'מאני, אנוור פאשה, את הארמנים בסיוע לרוסים, דבר שהוביל לרצח העם הארמני. לרוסים, המיומנים בלוחמת חורף, היה יתרון בשטח זה ובעונת השנה. יתרון נוסף של הרוסים היה דילול כוחות עות'מאניים בגזרה עקב העברתם למערכת גליפולי.
הרוסים המתינו לחורף הבא על מנת לשוב ולתקוף. החל מינואר 1916 ובמהלך החורף התקדמו הרוסים בכוח עיקרי שנע דרום-מערבה לאורך חופי הים השחור. בראשית מרץ, לאחר הצלחתם במתקפת ארזורום, כבשו הרוסים את העיר המרכזית ארזורום ובאפריל נכבשה טרבזון. הכוח הרוסי החודר ביותר הגיע בהמשך אפריל עד ביטליס, אך נסוג. מתקפת 1916 בחזית הקווקז הסתיימה וקו הגבול בין המעצמות נותר סטטי עד סיום המלחמה. על אף שהצבא הרוסי נחלש מאוד עקב מאורעות 1917 ברוסיה, גם הצבא העות'מאני נשחק בכל חזיתותיו, כך התחפרו זה מול זה שני צבאות מותשים, חסרי אספקה ותחמושת, ברמת תברואה נמוכה ביותר ובעלי מורל נמוך. הכוחות היחידים שהמשיכו לנסות ולזנב בצבא העות'מאני היו פלוגות המתנדבים הארמניות, שחייהם היו תלויים בכיבוש הרוסי באזור ושנעזרו בסיוע בריטי וצרפתי וכן מיליציות של גאורגים, קוזאקים ויוונים פונטים.
ב-16 בדצמבר 1917 חתמו הרוסים על שביתת נשק עם האימפריה העות'מאנית. שטחי אנטוליה שנכבשו על ידי הרוסים הושבו לאימפריה העות'מאנית במסגרת הסכם ברסט-ליטובסק.
המערכה בפרס.
פרס חולקה ב-1907 לאזור השפעה רוסי בצפון המדינה ובריטי בדרומה. כמהלך צדדי של ראשית המלחמה בקווקז (נובמבר 1914) ניסו כוחות עות'מאניים לפלוש לשטח פרס, בעיקר על מנת להשתלט על שדות הנפט שבה, אך נהדפו. בינואר 1915 הצליח כוח עות'מאני לכבוש את הערים אורמיה ותבריז, שהיו בשטח השליטה הרוסי, אך הם נהדפו כעבור חודש.
בקיץ 1915 החלה בפרס תסיסה של כוחות מקומיים שנתמכו על ידי מעצמות המרכז וניסו לזנב הן בבריטים והן ברוסים. עד סוף 1916 התחוללו קרבות בצפון פרס (בקו הערים כרמאנשאה-קום-טהראן) בין כוחות רוסים וארמנים לכוחות מקומיים מתוגברים בסיוע טורקי.
אירועי 1917 שיתקו את הצבא הרוסי. הסכם שביתת הנשק של ארזינקן (Erzincan) שנחתם בין הרוסים לעות'מאנים ב-5 בדצמבר 1917 סיים את פעולות האיבה בשטח פרס ורוסיה נסוגה מהשטחים שהחזיקה במסגרת הסכם ברסט-ליטובסק.
המערכה הימית.
הלוחמה הימית בגזרת האימפריה הרוסית התחלקה בין שתי זירות, זירת הים הבלטי וזירת הים השחור.
הצדדים הנצים העיקריים בים הבלטי היו צי הים הפתוח (Hochseeflotte) הגרמני שאניותיו נכנסו לים הבלטי דרך תעלת קיל ואניות הצי הרוסי הבלטי בפיקודו של אדמירל ניקולאי אסן שהסתייעו בצוללות בריטיות אחדות, שנכנסו אל הים הבלטי דרך מצרי קטגאט (Kattegat). הצי הרוסי פעל בזירה זו כמתגונן לכל היותר תקפו אניות רוסיות וצוללות בריטיות שיירות ימיות שעשו דרכן בין גרמניה ושוודיה או זרעו שדות מוקשים להגנה.