ב-7 בינואר, לאחר תבוסה מכרעת, החלה נסיגתו של שארית הכוח העות'מאני מסריקמיש לכיוון ארזורום. חלק נכבד מהניצחון הרוסי נזקף לזכות הכוחות הארמניים שעיכבו והטרידו את העות'מאנים, עובדה שתרמה לרדיפת העם הארמני על ידי העות'מאנים לאחר שחזר אנוור פאשה לאיסטנבול. לאור הניצחון קודם ניקולאי יודניץ' ומונה למפקד הכוחות הרוסיים בקווקז.
הבריטים והצרפתים שנשאו בנטל החזית המערבית ביקשו מהרוסים להגביר את הלחץ בחזית המזרחית כדי לגרום לגרמנים לחלק את כוחותיהם, אולם הרוסים, שהקצו כוחות למערכה בקווקז, ביקשו מהם שיפעלו נגד העות'מאנים בגזרה הימית. הפעולות בים השחור ומערכת גליפולי שכוונה כלפי הבירה העות'מאנית הורידו מהעומס על הצבא הרוסי ואפשרו לו לרענן את הכוחות בקווקז.
ב-12 בפברואר מת מטיפוס חפיז האקי פאשה, מפקד הארמייה השלישית העות'מאנית והוחלף על ידי מהמוט קאמיל פאשה. קאמיל ניסה לבנות מחדש את הארמייה כשהוא מקבל לרשותו כוחות מהארמיות הראשונה והשנייה בסדר גודל של דיוויזיה. בגלל הצורך שלהם להתארגן ובגלל מזג האוויר לא ניצלו הרוסים את חולשתם של העות'מאנים לאחר ההפסד ולא תקפו במשך כל חודש מרץ ורוב אפריל, כך שלעות'מאנים ניתנה האפשרות לחזק את עמדות ההגנה שלהם, על אף שהם סבלו ממחסור חמור בכוח אדם.
ב-20 באפריל תקפה הארמייה השלישית את העיר ואן שהוחזקה על ידי מהפכנים ארמנים. כ-1,500 לוחמים ארמנים הגנו על 30,000 תושבי העיר ועל 15,000 פליטים ארמנים כשלרשותם רק 300 רובים, כ-1,000 אקדחים ונשק עתיק. כ-15,000 חיילים עות'מאנים צרו על העיר במשך למעלה שלושה שבועות עד שיודניץ' הניע את כוחותיו והעות'מאנים נסוגו.
עם השיפור בתנאי מזג האוויר החלו הרוסים לתקוף שוב ב-6 במאי. הם נעו בשני ראשים, כאשר כוח אחד חדר דרך עמק טורטום ונע דרומה לכיוון ארזורום, שם נתקל בדיוויזיות העות'מאניות ה-29 וה-30, והגיס ה-10 כולו ניסה לנצל את היציאה הרוסית מעמדות הגנה על מנת להשיב לעות'מאנים את השטח הכבוש. לעומת זאת, בצדה הדרומי של המערכה התקדמה המתקפה הרוסית ללא קשיים בולטים, וב-11 במאי נכנסו הרוסים לעיר מלזגירט. העות'מאנים היו נתונים בקשיים רבים כאשר הארמנים ביצעו פעולות גרילה, תקפו ועצרו קווי אספקה בעורף העות'מאנים. כמו כן, לא עמד לרשותם כוח אדם גדול דיו כדי להגן על קו באורך 600 קילומטר בעזרת 50,000 חיילים ו-130 תותחים. העדיפות המספרית של הרוסים ופני השטח ההרריים הקשו עליהם עוד יותר את ההגנה מפני הרוסים והארמנים כאחד. ב-17 במאי כבשו הרוסים את ואן ולחצו את העות'מאנים הלאה ממנה. ב-27 במאי, בעיצומם של הקרבות נגד הצבא הרוסי, פרסם משרד הפנים העות'מאני צו גירוש לאוכלוסייה הארמנית.
ב-13 ביוני נסוג הכוח הרוסי שבצדה הצפוני של המתקפה חזרה לעמדות הפתיחה שלו. ב-19 ביוני החלו הרוסים בהתקפה נוספת לכיוון ארזורום, אך הפעם נעו מגדתה הצפונית של ימת ואן כדי לתקוף את העיר מדרומה. במקביל, נע כוח רוסי ממלזגירט לכיוון דרום-מערב כשמטרתו היא העיר מוש. במקביל וללא ידיעת הרוסים, נע הגיס התשיעי העות'מאני כשהוא מתוגבר בדיוויזיות ה-17 וה-28 גם הוא לכיוון מוש במטרה לתגבר את האזור. הרוסים הופתעו על ידי הכוחות העות'מאנים הרעננים, וב-16 ביולי איבדו סופית את יתרונם והחלו לסגת. ב-26 ביולי כבשו העות'מאנים חזרה את מלזגריט, ולמרות האבדות הכבדות שסבלו עלה המורל העות'מאני. מעודד מההצלחה, הורה אנוור פאשה לתקוף ולגרש את כל הכוחות הרוסיים משטח האימפריה, אך הייתה זו משימה גדולה מדי ובמקום לחלק את הכוחות להתקפה ולהגנה עורפית, נשלחו כל החיילים קדימה. כתוצאה מכך הסתיימה ההתקפה העות'מאנית בהפסד מחדש של מלזגריט, ב-10,000 הרוגים עות'מאנים, ב-6,000 שבויים וב-15 באוגוסט הסתיים סבב הקרבות באזור.
עד סוף השנה לא התחדשו הקרבות והצדדים יכלו לנצל זאת כדי לחדש ולרענן את כוחותיהם. אך בעוד גנרל יודניץ' הגדיל את כוחו לכדי 200,000 איש ו-380 תותחים, העות'מאנים נשחקו בגליפולי ולא יכלו לתגבר את הגיסות ה-9, ה-10 וה-11. נוסף על כך, לאחר שאנוור פאשה נבהל מהמצב בשאר החזיתות, הוא הוריד את חשיבות המערכה בקווקז והורה לכוחות הרעננים שהגיעו בקיץ לאזור, לעבור למערכה במסופטמיה. לרשות הארמייה השלישית העות'מאנית עמדו בסוף השנה 126,000 חיילים כשמתוכם רק 50,539 לוחמים, 77 מכונות ירייה ו-180 תותחים. לקראת החורף נערכו העות'מאנים בעמדות הגנה בארזורום ובאזור קפריקאי כשהם משערים שהרוסים לא יפעלו במשך החודשים הקרובים.
הרוסים, שצפו בשיתוק שגרם החורף הקודם לצבא העות'מאני, החליטו להפתיע ולתפוס את העות'מאנים ברגע החולשה שלהם. בתחילת ינואר עזב יודניץ' את מגורי החורף שלו והחל לנוע לעבר האויב. באותה שעה היה קאמיל פאשה, מפקד הארמייה השלישית העות'מאנית, באיסטנבול וראש המטה שלו, פליקס גוס, החלים מטיפוס בגרמניה. ב-10 בינואר פתחו הרוסים במתקפה, וכשהם מנצלים את מלוא גורם ההפתעה, השמידו דיוויזה עות'מאנית של הגיס ה-11 שהייתה במגורי החורף, פרצו את כל קווי ההגנה והדפו את הכוחות העות'מאנים מקפריקאי. ההתקפה הכתה בהלם את כל מפקדת הארמייה ואת הפיקוד העליון באיסטנבול. ב-18 בינואר החלו הרוסים בהתקדמות לעבר ארזורום, שנחשבה לעיר המבוצרת והמוגנת השנייה בחוזקה באימפריה אחרי אדירנה והייתה מוגנת ב-235 תותחי ארטילריה.
ב-11 בפברואר החלו הרוסים בהפגזת הביצורים סביב העיר. קרבות עזים התחוללו בין המגנים לבין הרוסים, אך כוח האדם העדיף של הרוסים גבר על העות'מאנים למרות ניסיונות תגבור, ולאחר שלושה ימים החלו העות'מאנים לסגת מהעיר ומעמדות ההגנה הסובבות אותה. ב-16 בפברואר נכנסו הרוסים לתוך העיר ולקחו בשבי את כל יחידות התמיכה והציוד של הארמייה השלישית ואת הפצועים בבתי החולים. הפיקוד העליון באיסטנבול שהיה עדיין באופוריה מהניצחון במערכת גליפולי, החל להבין שהייתה זו טעות לזלזל במערכת הקווקז משזו התקרבה אל לבה של האימפריה. אנוור פאשה החליט להשתמש בכוחות שהובילו את ההצלחה בגליפולי והורה לגיס החמישי לנוע לקווי החזית בקווקז. הוא מינה את והיפ פאשה, עד אז מפקד הארמייה השנייה, למפקד הארמייה השלישית במקומו של קאמיל פאשה, וכמו כן, הורה לארגן מחדש את הארמייה השנייה ולשלוח אותה לקווקז שם תחזיק את צדה המזרחי של המערכה, אך מאחר שכוחות רבים הופנו למערכה במסופוטמיה על גבי רוב הרכבות, התעכבה העברת הארמייה לקווקז.
הרוסים לא חיכו להתארגנות העות'מאנית והתקדמו במלוא המהירות בצדה הצפוני של המערכה, בצמוד לחופי הים השחור. במרץ הגיעו לעיר הנמל ריזה שעל חוף הים השחור וב-16 באפריל כבשו את טרבזון, ובכך עצרו את מקור האספקה העיקרי של הארמייה השלישית שהיה דרך הנמל שם. במקביל להתקדמותם, הסתבכו הרוסים בקרבות בביטליס, דרומית לנתיב ההתקדמות העיקרי.
בסוף יוני החלו העות'מאנים במתקפה שייעודה היה כיבוש מחדש של טרבזון. אך הרוסים, שכמו העות'מאנים לפניהם השתמשו בנמל שבעיר לקבלת אספקה דרך הים השחור, הצליחו לעצור את המתקפה. הם ניצלו את הצלחתם, כבשו גם את בייבורט והתקדמו לארזינג'אן. בקרבות אלו ובנסיגה מארזינג'ן איבדו העות'מאנים כ-17,000 חיילים הרוגים ומספר דומה של שבויים.
באוגוסט סיימה להתארגן הארמייה השנייה והחלה במתקפה בצדה הדרומי של המערכה. הארמייה כבשה בחזרה את ביטליס ואת מוש אך איבדה 30,000 חיילים שנפצעו או נהרגו וסבלה מבעיות אספקה עד שההתקפה נעצרה בסוף ספטמבר. עד סוף השנה לא התחוללו עוד קרבות משמעותיים והצדדים התארגנו מחדש. מזג האוויר היה סוער וקר יותר מחורף 1915, כך שהרוסים לא תקפו שוב.
עם סיום החורף החלה ברוסיה מהפכת פברואר שהשפיעה ישירות על הצבא. החיילים המותשים, שרבים מהם היו חולים בשחפת ובצפדינה, לא רצו להילחם וגם האזרחים ברוסיה לא ששו אלי קרב. לא נערכו עוד תנועות צבאיות משמעותיות נגד האימפריה העות'מאנית ואט אט החלו קבוצות חיילים, ואחר כך יחידות שלמות, לסגת מקווי החזית. בעקבות מהפכת פברואר מונה יודניץ' למפקד המערכה בקווקז, אך לאחר כמה חודשים הדיחה אותו מתפקידו ממשלת המעבר הרוסית באשמת אי ציות לפקודות בגלל היותו מתנגד לבולשביזם, ובהוראתו הישירה של אלכסנדר קרנסקי הוא פוטר מהצבא. לאחר כמה חודשים היה הצבא הרוסי בקווקז חסר משמעות. האימפריה העות'מאנית מנגד, לא יכלה לנצל את המצב ולדחוק ברוסים עוד. היחידות בקווקז היו לא מאורגנות וחסרות ציוד, והלחץ העיקרי על האימפריה הגיע מצד הבריטים במסופוטמיה ובסיני.
במהלך הקיץ נערכו הארמנים לנסיגה הרוסית מהשטח. התושבים הארמנים שהיו נוצרים, סבלו רבות מהעות'מאנים ושיתפו פעולה עם הרוסים. הם ראו בחולשתה של האימפריה העות'מאנית הזדמנות להקים ממשל עצמאי בתמיכתן של מדינות ההסכמה. בנוסף, פחדו הארמנים שלאחר נסיגת הרוסים יכלו העות'מאנים את זעמם במשתפי הפעולה כפי שכבר עוללו בהזדמנויות שונות. מנהל מערב ארמניה כינס ועידה בה הוחלט על הקמת מיליציה בת 20,000 איש שתהיה מוכנה להילחם בעות'מאנים. אנדרניק אוזניאן, גנרל רוסי ממוצא ארמני, מונה למפקד המיליציה וניצל את הקריירה הצבאית שלו כדי לקבל סיוע לא רשמי מהצבא הרוסי. במקרים רבים שבהם נסוג הצבא הרוסי מעמדותיו, הוא השאיר ציוד לחימה רב אותו אסף הכוח הארמני שהלך והתגבש. כמו כן, קיבל הכוח הארמני סיוע כספי בגובה מיליון רובל מבריטניה.
ב-16 בדצמבר נפגשו נציגי הרוסים והעות'מאנים בארזינג'ן וחתמו על הפסקת אש. הרוסים הסיגו את כוחותיהם לגמרי והשטח התמלא בקבוצות חמושות של ארמנים, גאורגים, קוזאקים ויוונים פונטים שהחליטו לעצור את העות'מאנים בקווי הפסקת האש.