הארמייה הרביעית העות'מאנית שהגנה על האזור, כללה שני קורפוסים, ה-12 שהיה מוצב במוסול וה-13 שהיה מוצב בבגדאד. חיילי גייסות אלו לא היו מאומנים ברמה גבוהה לאור החשיבות הנמוכה שייחס השלטון העות'מאני לשטחי מסופוטמיה. המטכ"ל העות'מאני אפילו לא החזיק מפה מדויקת של מסופוטמיה ורכש אחת כזו מהגרמנים.
עם כניסת האימפריה למלחמה, פרש הצבא העות'מאני את כוחותיו מחדש כשהוא מניע את הקורפוס ה-13 לתגבור המערכה בקווקז ואת הקורפוס ה-12 למערכה על סיני וארץ ישראל, ומותיר רק את הדיוויזיה ה-38 תחת "פיקוד אזור עיראק" שבפיקודו של לויטננט קולונל סולימאן אסקרי ביי. סולימאן חילק את כוחותיו כשהוא פורש את חלקם להגנה בשפך השט אל-ערב ואת יתרם בבצרה.
מהלך העימות.
ב-4 בנובמבר החלה המתקפה הבריטית בהפגזה של העיר פאו שנמצאת במפגש השט אל-ערב והמפרץ הפרסי. כוח המשלוח ההודי D שהיה מתוגבר בדיוויזיה ה-6 הפּונית, פשט על החוף ונתקל בהתנגדות קלושה של 350 חיילים עות'מאנים ו-4 תותחים. ב-7 בנובמבר הייתה הדיוויזיה ה-6 כולה על החוף כשהיא מתחילה בתנועה לכיוון בצרה. בקרב בצרה כבשו הבריטים ללא מאמץ את העיר והעות'מאנים נסוגו. במטרה למוטט את הצבא העות'מאני המשיכו הבריטים בתנועה לתוך היבשת ובקרב אל-קורנה שבו את אחד ממפקדי הצבא ועימו 1,000 חיילים. בשלב זה היה ברור שמאגרי הנפט ובתי הזיקוק אינם נתונים עוד לאיום עות'מאני. חליל ביי ועימו יתרת הצבא האזורי נותרו בבגדאד, מרחק של למעלה מ-400 קילומטרים צפונית מערבית לשם.
בשנת 1915 הייתה האימפריה העות'מאנית מעורבת בכמה חזיתות של המלחמה ולא יכלה להפנות כוחות כדי לעצור את הבריטים. המערכה על סיני וארץ ישראל, המערכה בקווקז ומאוחר יותר מערכת גליפולי היו בעדיפות גבוהה יותר. סולימאן אסקרי ביי פנה לשייחים ערביים בניסיון לארגן בעצמו כוח שילחם בבריטים ולכבוש בחזרה את השט אל-ערב, ללא שיסתכן באיבוד כוחות צבאיים יקרים.
ב-12 באפריל תקף סולימאן את המחנה הבריטי בשייבה במה שנודע כקרב שוויבה. כוחותיו מנו 4,000 חיילים סדירים וכ-14,000 ערבים שנענו לקריאתו. ההתקפה שהסתמכה על כוחות השייחים לא צלחה וכשהבריטים תקפו חזרה, הסיג סולימאן את כוחותיו. למחרת תקפו הבריטים את עמדותיו של סולימאן, התגברו על חייליו וגרמו לו לאבד כ-2,400 מהם. נסיגתו הסתיימה רק במרחק של 120 ק"מ במעלה הנהר והוא עצמו נפצע בקרב.
מאוכזב ומדוכא הוא ירה בעצמו בבית החולים בבגדאד ובמקומו מונה נוראדין איברהים פאשה. נוראדין נחשב לקצין מבטיח ומהבודדים שהגיעו לדרגת קולונל מבלי לסיים את בית הספר הצבאי. ניסיונו הקרבי לעומת זאת, היה נרחב.
ההצלחה הבריטית הבלתי צפויה גרמה לבריטים לשנות את התוכניות המקוריות. גנרל ג'ון ניקסון נשלח באפריל לפקד על הכוח. הוא פקד על צ'ארלס טאונסנד, מפקד הכוח ההודי, להתקדם לכיוון כות ואם ניתן, לנסות להגיע לבגדאד. טאונסנד התקדם בראש כוח לא גדול במעלה החידקל וכבש את העיר עמארה במהלך קרב עמארה בו שולבו כוחות של צבא היבשה והצי הבריטי. על אף קשיי לוגיסטיקה, הוא הצליח להחזיק את קווי האספקה שלו עד כות.
במקביל למאמץ העיקרי לאורך החידקל פעלו הבריטים כנגד כוחות טורקים לאורך נהר הפרת וזאת כדי למנוע ניסיון טורקי להגיע לבצרה מכוון דרום מערב. במהלך קרב נאסריה שהתחולל ביוני ויולי 1915 כבשו הבריטים את העיר נאסריה, שהייתה מרכז לוגיסטי לצבא העות'מאני, והדפו את הטורקים לכוון העיר כות.
בשלב זה הבין שר המלחמה העות'מאני אנוור פאשה את הטעות שבזלזול במערכה במסופוטמיה והחל לחשוש שהבריטים יכבשו את בגדאד. הוא פקד להחזיר את הדיוויזיה ה-35 למוסול והקים מחדש את הדיוויזיה ה-38 שנשחקה בקרבות. באוקטובר הוא הקים את הארמייה ה-6 והעמיד בראשה את הגנרל הגרמני קולמר פון דר גולץ בן ה-76. גולץ היה היסטוריון צבאי מפורסם שעבד כיועץ צבאי של השלטון העות'מאני מזה שנים רבות. באותו זמן הוא שהה בתראקיה כשהוא מפקד על הארמייה הראשונה ולא הייתה אפשרות שהוא יתייצב במסופוטמיה מיידית, כך שנוראדין נותר מפקד אזור עיראק.
ב-22 בנובמבר ניסו הבריטים להתקדם לבגדאד שם נתקלו בכוחותיו של נוראדין והתחולל קרב קטסיפון שנגמר ללא הכרעה ובנסיגת שני הצדדים משדה הקרב. משנוכח נוראדין שהבריטים פונים לנסיגה מלאה, ביטל את פקודת הנסיגה שלו והחל לרדוף אחר הבריטים. טאונסנד נסוג חזרה לעיר כות ופרש שם את כוחותיו במגננה. נוראדין ניצל את ההזדמנות והזעיק למקום את הגיס ה-18 בניסיון לכתר את הבריטים בכות. ב-3 בדצמבר הסתיים כיתור העיר, כשבמקביל שלח נוראדין כוחות לחסום תגבורת בריטית אפשרית מכיוון השט אל-ערב.
ב-7 בדצמבר החל המצור על כות כשהעות'מאנים נאלצים לרתק את הארמייה ה-6 כולה למשימה. משרד המלחמה הבריטי העדיף שטאונסנד יתבצר בבצרה שבמורד הנהר, קרוב יותר למרכז הכוחות באבאדן, ולא בכות המבודדת, אולם עד שהפקודות הגיעו, הוא היה נתון במצור. כוחותיו לא התקשו להגן על העיר, אולם עמדו בפני מיצוי האספקה ללא יכולת לחדשה. גולץ שנכנס לתפקידו בארמייה ה-6, הקים מערך ביצורים ומערך חסימה חדשים, מחוזקים יותר. בהתאם להוראה לנסות להוציא את הבריטים ממסופוטמיה כליל, ניסתה הארמייה ה-6 לפרוץ אל העיירה הנצורה, אך ללא הצלחה. טאונסנד ניסה לקבל סיוע מניקסון, ואף על פי שבתחילה סירב ניקסון להקריב כוחות לשם כך, מאוחר יותר התרכך וביצע שלושה ניסיונות כושלים לשבור את המצור.
ב-20 בינואר החליף אנוור פאשה את נוראדין בחליל כות לאחר שנוראדין לא הסכין לנוכחתו של גולץ ואף הלין על כך בפני משרד המלחמה. חליל כות היה נחוש בדעתו להביא את הבריטים בפני בחירה בין כניעה או מוות מרעב. על אף שקיבלו מעט אספקה מהאוויר, הבינו הבריטים שהם קרובים להפסד, ובסדרת קרבות משולבים של הכוחות הנצורים והכוחות המחלצים ניסו לשבור את הכיתור. כל הניסיונות עלו בתוהו כששני הצדדים סובלים מאבדות רבות. ב-19 באפריל מת מכולרה גנרל גולץ.
ב-29 באפריל נכנע טאונסנד בפני העות'מאנים וחייליו נפלו בשבי. עבור הצבא הבריטי הייתה זו השפלה, במיוחד לאחר שכמה חודשים לפני כן נכשל גם במערכת גליפולי. כל המפקדים הבריטיים שהיו מעורבים בכישלון, הועברו מעמדות פיקוד והוחלפו. העות'מאנים הוכיחו לעומת זאת, שהם מסוגלים להחזיק קו הגנה בפני כוחות עדיפים מהם.
הסקת המסקנות בצד הבריטי העלתה שבראש ובראשונה יש לשפר את יכולת העברת האספקה מבחינת הכמות ומבחינת המהירות. עד אז גרמו מידותיו הקטנות של נמל בצרה עיכובים רבים בפריקת אספקה מאוניות. העיכוב גרם לעיתים לאוניות לחכות ימים רבים עד שפרקו אותן. גם לאחר שנפרקה הסחורה, היעדרם של כבישים צפונה חייב לשלוח אספקה דרך הנהר בלבד, שם נעו אוניות קטנות ואיטיות והאספקה שהצליחו להוביל, לא הספיקה למלא את החסר. עקב כך, התרכזו הבריטים בחודשים הבאים בשיפור הנמל והרחבתו, בבניית מחסנים ומחנות נוספים, בבניית בתי חולים ובהגדלה ושיפור של מערכת האוניות בנהר.
לוטננט גנרל פרדריק סטנלי מוד, שנכנס לתפקידו כמפקד המערכה במקום פרסי לייק כחלק מהחלפת סגל הפיקוד, התמקד בתכנון ההתקפה הבאה על העות'מאנים, בתגבור כוחותיו ואימונם ובצבירת אספקה רבה ככל האפשר. לעומת זאת, נחלשה הארמייה ה-6, לא קיבלה כוחות חדשים כך שלבסוף נאלץ חליל לפרק את הדיוויזיה ה-38 ולחלק את כוחותיה בין שאר הדיוויזיות. ב-13 בדצמבר החלה ההתקפה הבריטית שנועדה למחוק את ההפסד בכות.
קרב כות השני, שהחל בשלהי 1916, נמשך בניצחונות לבריטים על פני מעוזים עות'מאנים. חליל ריכז את עיקר כוחו בכות, אולם כשהגיע לשם מוד, העביר את כוחותיו לצד השני של החידקל במטרה לכתר את העיר, במקום להילחם בעיקר כוחה של הארמייה ה-6. לאחר שהגיס ה-18, שהיווה מחצית מכוח הארמייה הוכה קשות ונמלט בקושי רב מהמערכה, כבשו הבריטים את כות והמשיכו להתקדם במעלה החידקל. בתחילת מרץ עמדו הבריטים בפאתי בגדאד כשמולם חיל המצב של בגדאד. מוד תמרן את כוחות ההגנה, השמיד רגימנט עות'מאני ותפס את עמדות ההגנה. לאחר שחליל נסוג בראש כוחותיו באי סדר, נכנסו הבריטים לבגדאד ב-11 במרץ והתקבלו כמשחררים. בנוסף, במהומת הנסיגה נלכדו כ-15,000 חיילים עות'מאנים בידי הכוח הבריטי-הודי. מיד לאחר כיבוש בגדאד פתח מוד במערכה לכיבוש סמאראה אותה כבש בסוף אפריל.
לאחר כיבוש סאמארה עצר מוד את ההתקדמות כיון שקווי האספקה היו ארוכים מדי לדעתו, תנאי הקיץ היו קשים מדי ובקשתו לקבל כוחות נוספים מאירופה נדחתה. עם זאת, הורה מוד לבריגדה מתוגברת לכבוש את העיר רמאדי כדי לאבטח את האגף הדרומי של הבריטים וכדי לשלוט במערכת סכרים. הקרב הראשון שהתחולל ביולי נכשל (בעיקר בגלל תנאי מזג אוויר קיצוניים) ורק אחרי קרב רמאדי השני נכבשה העיר.
מוד מת ב-18 בנובמבר 1917 מכולרה ובמקומו מונה גנרל ויליאם מרשל שהשעה את כל ההתקפות עד החורף.
הכוח הטורקי בפיקודו של חליל נסוג עד מוסול ופרש שם את כוחותיו כשלרשותו עומדים כ-30,000 חיילים. באפריל קיבל כתגבורת את דיוויזיית הרגלים ה-2 אך מצבו האסטרטגי נותר נחות ביחס לזה של הבריטים.
הבריטים חידשו את התקדמותם בפברואר, ועד אפריל כבשו ערים נוספות וביניהן את הערים היט וחאן אל בגדאדי במהלך קרב חאן בגדאדי. בחודשים הבאים נאלצו הבריטים להעביר כוחות למערכה על סיני וארץ ישראל על מנת להשתתף בקרב מגידו. במהלך הקיץ העביר מרשל כוחות נוספים מזרחה כתגבורת לקרבות באיראן. הצבא החזק במסופוטמיה הפך ללא פעיל והמערכה כולה לא זכתה להתעניינות בריטית.