הכוחות הצבאיים של הדומיניון של אוסטרליה באו לעולם ב-1 במרץ 1901 וכל הכוחות של המושבות, כולל אלה שעדיין היו בדרום אפריקה, הפכו לחלק מהצבא החדש. 28,923 חיילים מצבאות המושבות, כולל 1457 חיילים מקצועיים, 18,603 לוחמי מיליציות בשכר ו-8863 מתנדבים, הועברו לצבא החדש. היחידות השונות המשיכו לפעול על פי הצווים המשפטיים של המושבות השונות שעדיין היו בתוקף, עד לפרסומו של חוק ההגנה (Defence Act) של 1903 שאיחד מבחינה חקיקתית את כל הכוחות. חוק זה גם קבע שלא ניתן יהיה להקים שוב מליציות, שהצבא לא יופעל במסגרת סכסוכי עבודה ושלא ישרת מחוץ לאוסטרליה. עם זאת רוב החיילים נותרו ביחידות המליציה שנודעו כ"כוחות הצבא האזרחיים" (Citizen Military Forces - CMF). מפקדו הראשון של צבא הדומיניון היה מייג'ור גנרל סיר אדוארד הוטון שהיה קודם מפקד צבא ניו סאות' ויילס.
לפני האיחוד לכל אחת מממשלות המושבות היה כוח ימי משלה. כוחות אלה היו קטנים ולא היה להם ניסיון רב בפעילות בים הפתוח. השליטה בחילות ים אלה הייתה בידי המושבות עד ל-1 במרץ 1901, כאשר הוקם הכוח הימי של הדומיניון. לכוח חדש זה חסר, כאמור, ניסיון בים הפתוח והקמתו לא הובילה בהכרח לשינוי במדיניות הימית של אוסטרליה. ב-1907 ראש הממשלה אלפרד דיקין, בהיותו בוועידה בלונדון, ביקש מהממשלה הבריטית להסכים להקמתו של צי אוסטרלי. האדמירליות הבריטית התנגדה ולא נענתה לאתגר, אך הסכימה שצי קטן של משחתות וצוללות יהיה מספיק. דיקין לא התרשם מכך וב-1908 הזמין את הצי הלבן הגדול האמריקני לבקר באוסטרליה. ביקור זה עורר מודעות ציבורית גדולה והתלהבות להקמתו של צי מודרני וניתן לומר שהוא גרם להזמנתן של שתי משחתות במשקל 700 טון. ההתקדמות בהתעצמות הצי הגרמני גרמה לאדמירליות הבריטית לשנות את עמדתה והצי המלכותי האוסטרלי הוקם ב-1911 והטמיע בתוכו את הכוח הימי של הדומיניון. ב-4 באוקטובר 1913 נכנסו הספינות בשערי נמל סידני. הצי כלל את אוניית הקרב "אוסטרליה" (HMAS Australia), שלוש ספינות קלות ושלוש משחתות. כמה ספינות נוספות היו עדיין בבניה. למלחמת העולם הראשונה נכנס הצי ככוח ימי חזק.
גייסות הטייס האוסטרלים (Australian Flying Corps) הוקמו כחלק מהכוח הצבאי של הדומיניון ב-1912, קודם להקמתם של הכוחות הצבאיים של אוסטרליה ב-1916 וב-1921 הופרד ממנו כדי להקים את חיל האוויר המלכותי האוסטרלי ובכך הפך לחיל האוויר השני שהוקם בעולם. השירותים השונים לא היו קשורים זה לזה בשרשרת פיקוד אחת וכל אחד מהם דיווח לשר אחר הממונה עליו.
מלחמת העולם הראשונה 1914 - 1918.
פרוץ הקרבות.
עם הכרזת המלחמה של בריטניה על גרמניה, ממשלת אוסטרליה מיהרה לעשות כן גם היא. ג'וזף קוק, ראש הממשלה, הכריז ב-5 באוגוסט 1914: "כשהאימפריה במלחמה, אוסטרליה במלחמה" ובכך שיקף את רגשותיהם של אוסטרלים רבים. רוב אזרחי אוסטרליה נולדו כנתינים בריטים והיו הדור הראשון של אנגלו-אוסטרלים. 20% מאלה ששירתו במלחמה תחת דגל אוסטרלי, נולדו בבריטניה.
מאחר שעל פי חוק הביטחון של 1903 לא היה ניתן מבחינה חוקית לשלוח את אנשי המליציות מעבר לים, הוקם חיל משלוח של מתנדבים שנודע בשם"הכוח האימפריאלי האוסטרלי" (Australian Imperial Force – AIF) והגיוס החל ב-10 באוגוסט 1914. הממשלה התחייבה ל-20,000 איש שהתארגנו כדיוויזיית חיל רגלים וכבריגדת רוכבים קלה יחד עם יחידות תמיכה. מפקד הכוח היה הגנרל ויליאם ברידג'ס (William Bridges) שגם פיקד על הדיוויזיה הראשונה. במהלך כל המלחמה התמקדו המאמצים של אוסטרליה במלחמה קרקעית על אף שמקצת יחידות אוויר וים השתתפו גם הם בלחימה.
כיבוש גינאה החדשה הגרמנית.
בעקבות פרוץ המלחמה הכוחות האוסטרלים פעלו מידית להקטין את האיום שנשקף מקרבתן של המושבות של גרמניה באוקיינוס השקט. במהירות הוקם כוח מתנדבים שמנה 2000 איש, נפרד מה-AIF, וכלל גדוד חיל רגלים יחד עם 500 חיילי מילואים של הצי ומלחים לשעבר. מטרותיו של הכוח היו כיבוש תחנות האלחוט באי יאפ, באיי קרוליין, בנאורו וברבאול שבגינאה החדשה הגרמנית. הכוח הגיע לרבאול ב-11 בספטמבר 1914 וכבש אותה למחרת לאחר שנתקל בהתנגדות קלה מאוד מצדם של המגינים הגרמנים והמקומיים. גינאה החדשה הגרמנית נכנעה ב-17 בספטמבר. האבדות לאוסטרליה כללו רק 6 הרוגים. על כך העיבה העלמות המסתורית של צוללת על 35 אנשי צוותה.
גליפולי.
ב-1 בנובמבר 1914 הפליגה שיירת אניות מנמל אלבני שבאוסטרליה המערבית ועליהן אנשי ה-AIF. במהלך המסע, אחת מספינות הליווי של השיירה, "סידני" (HMAS Sydney) השמידה ספינה גרמנית במיצרי קוקוס. היה זה המגע הראשון של ספינה של הצי המלכותי האוסטרלי עם ספינת אויב. אף על פי שמלכתחילה יועד חיל המשלוח להגיע לאנגליה, לעבור אימון נוסף ולהצטרף ללחימה בחזית המערבית, נשלחו האוסטרלים למצרים שהייתה בשליטת בריטניה, כדי לקדם כל התקפה טורקית על תעלת סואץ, שהייתה נקודה אסטרטגית חשובה ביותר וכדי לפתוח בחזית שנייה כנגד מעצמות המרכז.
כדי להוציא את טורקיה מהמלחמה, הבריטים החליטו לנחות בגליפולי ולאחר תקופת אימונים וארגון מחדש האוסטרלים שולבו בכוח שכלל כוחות בריטים, ניוזילנדים, הודים וצרפתים. הכוח המשולב של אוסטרליה וניו זילנד (Australian and New Zealand Army Corps - ANZAC), בפיקוד של הגנרל הבריטי ויליאם בירדווד (William Birdwood), נחת לבסוף על חופי חצי האי גליפולי ב-25 באפריל 1915. על אף שהייתה אמורה לשנות את פני המלחמה אם הייתה מצליחה, המערכה בגליפולי הייתה לא מוצלחת ובסופו של דבר נמשכה שמונה חודשים עקובים מדם ונסתיימה במבוי סתום, מבלי שהשיגה את מטרותיה. האבדות של האוסטרלים בגליפולי הסתכמו ב-8141 הרוגים וב-17,970 פצועים. עבור האוסטרלים והניו זילנדים המערכה בגליפולי מסמלת אבן דרך חשובה בהתהוותן של שתי האומות כשחקניות עצמאיות על הבמה העולמית ובהתפתחות של הזהות הלאומית שלהן. כיום, התאריך של הנחיתה הראשונה בגליפולי, 25 באפריל, מצוין כיום אנזא"ק באוסטרליה ובניו זילנד ובכל שנה אלפי אנשים נאספים באתרי זיכרון בשתי המדינות, כדי לכבד את גבורתם ואת הקרבתם של כל אלה שאיבדו את חייהם במלחמה.
מצרים וארץ ישראל.
לאחר הנסיגה מגליפולי שבו האוסטרלים למצרים וה-AIF הורחב באופן משמעותי. ב-1916 חיל הרגלים החל לנוע לכוון צרפת בעוד שיחידות הפרשים נשארו במזרח התיכון כדי להילחם בטורקים. כוחות אוסטרלים מהדיוויזיה הרכובה של אנזא"ק ומהדיוויזיה הרכובה האוסטרלית, לקחו חלק בכל הקרבות העיקריים במערכה על סיני וארץ ישראל ונטלו על עצמם תפקיד חשוב במלחמה בכוחות הטורקים שאיימו על שליטתה של בריטניה על מצרים. הקרב הראשון בו השתתפו האוסטרלים היה מרד הסנוסים במדבר הלובי ובעמק הנילוס, במהלכו כוח משולב בריטי הצליח להכניע את הכת הפרו-טורקית בגורמו להם אבדות כבדות. הדיוויזיה הרכובה של אנזא"ק השתתפה בקרב רומני כנגד הטורקים בין ה-3 ל-5 באוגוסט 1916 ובמהלכו נסוגו הטורקים. בעקבות ניצחון זה הכוחות הבריטים עברו לשלב המתקפה בסיני, אף על פי שקצב ההתקדמות של הכוחות הוכתב על ידי מהירות ההקמה של קו הרכבת וצינור המים על גבי ציר התנועה של הכוחות. רפיח נכבשה ב-9 בינואר 1917 ושארית חיל המצב הטורקי סולק בפברואר.
ניסיון לא מוצלח ללכוד את עזה נעשה ב-26 במרץ 1917 וניסיון שני, לא מוצלח אף הוא נעשה ב-19 באפריל. הניסיון השלישי התרחש בין ה-31 באוקטובר ועד ה-7 בנובמבר ובקרב עזה השתתפו הן הדיוויזיה הרכובה של אנזא"ק והדיוויזה הרכובה האוסטרלית. הקרב היה הצלחה גדולה עבור הבריטים. קו באר שבע – עזה נתפס ונלקחו בשבי 12,000 חיילים טורקיים. הרגע הקריטי ביותר היה כיבוש באר שבע, לאחר יום אחד של לוחמה כאשר בריגדת הרוכבים הרביעית תקפה. הכוח עבר על פני החפירות של הטורקים והאוסטרלים השתלטו על בארות המים בבאר שבע ושבו 700 טורקים. 31 הרוגים אוסטרלים ו-36 פצועים היו בקרב זה. מאוחר יותר כוחות אוסטרלים סייעו לדחוף את הכוחות הטורקים מחוץ לארץ ישראל ולקחו חלק בקרבות בגבעות מע'אר (בין גדרה לרחובות), בירושלים ובמגידו, בו הסתערו הפרשים האוסטרלים לאחר שהכוחות הבריטים ביצעו מספר פעולות הסחה. בהמשך היו אלה הגדוד הרביעי והעשירי האוסטרלים שנכנסו לדמשק ב-1 באוקטובר 1918, עוד לפני אנשיו של לורנס איש ערב ממשלת טורקיה נכנעה ב-30 באוקטובר 1918. יחידות רוכבים קלות סייעו לדכא את מהומות 1919 במצרים ועשו זאת בקשיחות וביעילות, אף על פי שכמה חיילים נהרגו. בינתיים, גייסות הטייס האוסטרלים עברו התפתחות חשובה ועצמאותם כחיל אוויר לאומי נפרד הייתה ייחודית בקרב כל הדומיניונים. רק כלי טיס אחד היה מוצב בגינאה החדשה הגרמנית ב-1914, אך הטיסה המבצעית הראשונה התרחשה רק ב-27 במאי 1915, כאשר כוח אווירי אוסטרלי התבקש לסייע להגן על שדות נפט בריטים בעיראק. גייסות הטייס הורחב עד מהרה ו-4 טייסות פעלו מאוחר יותר בצורה יפה מאוד במצרים, בארץ ישראל ובחזית המערבית.
החזית המערבית באירופה.