הגרמנים בחנו את האפשרות לעשות שימוש בצוללות כדי לשבור את ההסגר הימי. הצוללת הראשונה שנבנתה למטרה זו הייתה דויטשלנד, שנבנתה במימון פרטי, והופעלה על ידי חברת ספנות גרמנית. הצוללת לא הייתה חמושה, והייתה רחבה מן המקובל כדי לאפשר יותר מקום עבור המטען. "דויטשלנד" הצליחה לחמוק דרך ההסגר הבריטי, כשהיא נושאת מטען של צֶבַע, כימיקלים, ואבני חן. הצוללת הגיעה לבולטימור ביולי 1916 אחרי מסע של ארבעה שבועות. הגרמנים ניצלו את הצלחת המסע למטרות תעמולתיות וגם מסחריות: הצוללת חזרה לגרמניה ובה מטען יקר ערך של ניקל, בדיל וגומי.
צוללת מסחרית אחרת, בְּרֶמֶן, יצאה גם היא לארצות הברית, אך נעלמה בדרכה, ונראה שטובעה על ידי מוקש ימי ליד איי אורקני. ברמן לוותה על ידי הצוללת U-53, שהוסבה במיוחד כדי שתוכל להפליג לטווח כה ארוך. מפקד הצוללת החליט להדגים את כוחה של הצוללת, ועשה זאת על ידי הטבעת שלוש אוניות בריטיות, אונייה נורווגית אחת ואונייה הולנדית אחת ממש מחוץ למים הטריטוריאליים של ארצות הברית. מטרתו הייתה כנראה להטיל אימה על האמריקנים, אך הוא הצליח בעיקר להרגיז אותם.
"דויטשלנד" הפליגה למסע נוסף בסתיו 1916, והגיעה לקונטיקט. לאחר מסע זה הופסקו הפלגות המסחר, והצוללת חומשה בשני צינורות טורפדו ובתותח; שש צוללות נוספות שתוכננו בעקבות "דויטשלנד" הוסבו גם הן לצוללות קרביות.
1916: חידוש לוחמת הצוללות הבלתי מוגבלת.
ההתלבטות הגרמנית.
לאחר הפסקת לוחמת הצוללות הבלתי מוגבלת ב-1915, התלבטה ההנהגה הגרמנית בשאלה מה לעשות עם הצוללות שברשותה. הצבא רצה להחזיר את ההסגר הימי של הצוללות; הקאנצלר, בתמן-הולווג, חשש שהחזרה להסגר זה תביא את ארצות הברית אל תוך המלחמה, מול גרמניה. הושגה פשרה; דיפלומטים גרמניים ינסו לשאת ולתת על הסכם שלום. אם ייכשלו מאמציהם, יותרו המגבלות שהוטלו על הצוללות. בנסיבות אלה יוכלו הגרמנים לטעון שהשימוש באמצעי זה נכפה עליהם בשל עקשנותם וסרבנותם של יריביהם.
המשא ומתן הגיע למבוי סתום. בתחילת 1916 הוטל שוב הסגר ימי, אך הצוללות הוגבלו לתקיפת אוניות סוחר חמושות בלבד. גם הסגר מצומצם זה הופסק לאחר מחאות רמות מצד הארצות הנייטרליות, ובראשן ארצות הברית. מאידך, המשיך הלחץ הצבאי על גרמניה לעלות. בסתיו 1916 חודש הסגר הצוללות, באותה הגבלה.
גם עם ההגבלות שהוטלו עליהן, גרמו הצוללות לנזק כבד. בחודשים האחרונים של 1916 הטביעו צוללות גרמניות 154 אוניות סוחר, בתפוסה כוללת של כ-443,000 טון . הבריטים היו נואשים, ואדמירל סר ג'ון ג'ליקו, מפקד הצי העיקרי הבריטי (Grand Fleet) חזה שהמשך ההטבעות בקצב זה עלול לאלץ את בריטניה לבקש הסכם עד קיץ 1917.
למרות התחושה הנואשת בצד הבריטי, התחושה בצד הגרמני הייתה נואשת לא פחות, מסיבות אחרות. בקרב ורדן, שבו פתחו הגרמנים ושהתנהל מפברואר עד דצמבר (ללא הצלחה לגרמנים), ספגו הגרמנים בין 336,000 ל-424,000 איש, הרוגים, פצועים ונעדרים; בקרב על הסום, שנמשך מיולי עד אמצע נובמבר 1916 איבדו הגרמנים בין 465,000 ל-600,000 איש. בצירוף אבדותיהם בחזית המזרחית, שם איבדו הגרמנים כ-350,000 איש, היו אבדות הגרמנים באותה שנה בין 1,150,000 ל-1,374,000 איש. סגן ראש המטה הכללי של צבא גרמניה, אריך לודנדורף, התבטא בסוף אותה שנה ש"הצבא הגיע בלחימתו למבוי סתום, והותש לחלוטין".
התפתחות צי הצוללות ושינוי המדיניות הגרמנית.
בסוף 1916 כבר היו ברשות הגרמנים 134 צוללות, מדגמים מתקדמים יותר, שפיתוחם הואץ במהלך שנות המלחמה. חלקן היו צוללות "מים כחולים", כלומר כאלה שנועדו לפעול באוקיינוס. הן הותאמו מחדש לפעילותן, והותאמו לשאת ארבעה צינורות טורפדו בחרטום ושניים נוספים בחלקן האחורי, מכוונים לאחור. בנוסף, נשאו שני תותחי 86 מ"מ, או תותח 105 מ"מ אחד. מטיפוס זה נגזר תת-דגם נוסף, שסומן UE ונועד לזריעת מוקשים בלב ים.
עד שלב זה של המלחמה כבר התבססו הצוללות בכמה בסיסים עיקריים, ובהם בסיס הצי הגרמני בקיל, ממנו פעלו בעיקר צוללות "מים כחולים", מדגם UA. שייטת צוללות נוספת פעלה מהחוף הבלגי הכבוש, ונקראה שייטת פלנדריה. שייטת זו ניצלה את קרבתה לחוף הבריטי, והפעילה בעיקר צוללות לפעולה במים רדודים יותר, מדגם UB. בים התיכון הופעלו הצוללות מבסיסים בים האדריאטי, ובעיקר מבסיס בפולה.
הצי הגרמני חש שבידיו נמצא המכשיר להכרעה במלחמה, ותסכולו גבר יותר ויותר למול ההגבלות שהוטלו עליו. גם הפיקוד הגרמני העליון - בראשות פאול פון הינדנבורג (שהועמד בראשות הצבא הגרמני באוגוסט 1916 במקום אריך פון פאלקנהיין שהוחלף בשל הכישלון בורדן), יחד עם סגנו, לודנדורף, תמך בהסרת המגבלות על לחימת הצוללות. החשש הכבד מפני כניסתה של ארצות הברית למלחמה לצד בעלות הברית הביא את הקאנצלר הגרמני והשרים הגרמניים להמשיך בהתנגדותם למהלך. גם הקיסר התנגד לחזרה ללוחמה בלתי מוגבלת. ואולם, לקראת סוף דצמבר שינה הקיסר את דעתו ומול לחצם המשותף של הצבא והצי קיבל את דעתם. הגרמנים סברו שארצות הברית לא תתערב במלחמה; וגם אם תתערב, לא תספיק להתערב בזמן כדי להציל את בריטניה. במהלך שנועד להבטיח כי ארצות הברית לא תוכל להתערב, שלח שר החוץ הגרמני, ארתור צימרמן, מברק (שכונה מאז מברק צימרמן) לשגריר גרמניה במקסיקו. המברק, שבו הבטיחה גרמניה סיוע למקסיקו אם תצא למלחמה עם ארצות הברית, יורט על ידי הבריטים, הועבר לאמריקנים, והיה בסופו של דבר אחד הגורמים לכניסת ארצות הברית למלחמה. ההחלטה הסופית התקבלה ב-9 בינואר 1917, ועל פיה הכריזה גרמניה על חידוש לוחמת הצוללות הבלתי מוגבלת ב-1 בפברואר 1917. מבחינת מפקדי הצוללות לא היה בכך חידוש רב, שכן עוד לפני ההכרזה כבר הלך ועלה מספר ההטבעות ללא אזהרה. בשמונת החודשים הראשונים של 1916 הטביעו הצוללות בממוצע בכל חודש כ-135,000 טון; בארבעת החודשים הנותרים הוכפלו ההטבעות בממוצע לכל חודש. ואולם, עם תחילתה של השנה החדשה, זינקו עוד יותר ההטבעות: בפברואר הטביעו הצוללות 86 כלי שיט, במרץ הוטבעו 103 אוניות סוחר של בעלות הברית, ובאפריל 155. בינואר הטביעו הצוללות אוניות סוחר בתפוסה של כ-370,000 טון; באפריל כבר עברו ההטבעות את קו 880,000 טון, גידול של קרוב ל-250%.
אמצעי הלוחמה נגד צוללות.
כבר ב"סיבוב הראשון" של מתקפת הצוללות הסתבר לפיקוד הבריטי שאין בידו אמצעים מתאימים כדי להתגונן בפני המתקפה. הבעיה הייתה בכל התחומים, ונעשו מאמצים קדחתניים למצוא פתרון בכל תחום.
1917: השיירות.
עם הכרזת חידוש הלוחמה הבלתי מוגבלת, זינקו אבדות אוניות הסוחר כלפי מעלה באורח תלול. האדמירליות הבריטית עמדה חסרת אונים מול ההתקפה, והחשש שמא תקרוס בריטניה ובעקבותיה בעלות בריתה הפך מוחשי יותר ויותר. ג'ליקו התבטא שאם האבדות ימשכו בקצב זה, יהיה זה בלתי אפשרי לנצח במלחמה. משנשאל אם אין שום פתרון לבעיה, אמר: "אין שום פתרון שאנו יכולים כרגע לראות".
ואולם, הפתרון היה קיים במשך כל אותו זמן. במהלך המלחמה שירתו כ-5.4 מיליון חיילים מכל רחבי האימפריה הבריטית בחזית צרפת. כל החיילים הללו הושטו לחזית, לעיתים מרחק של אלפי קילומטרים, ללא אבדה כלשהי; זאת, מכיוון שכל האוניות מובילות הגייסות נעו בשיירות, מלוות בידי אוניות מלחמה. למעשה, ב-1917 כבר היו שיירות קבועות לצרפת, להובלת פחם, ולהולנד וסקנדינביה. שיירות היו נוהל מקובל בצי הבריטי עוד בזמן המלחמות הנפוליאוניות; ואולם, עם תחילת מלחמת העולם הראשונה התנגדה האדמירליות להפעלת שיירות, מסיבות מבצעיות, ארגוניות ועקרוניות.
למעשה, לא היה ממש בטיעונים אלה.
ההיסטוריונים חלוקים בשאלה לגבי הכוח המניע מאחורי הפעלת שיטת השיירות. ראש ממשלת בריטניה, לויד ג'ורג', כותב בזכרונותיו שהוא היה זה שכפה על האדמירליות את הפעלת השיירות, ויש המקבלים גרסה זו. רוב ההיסטוריונים סבורים כיום שהאדמירליות הפעילה את השיירות עוד לפני התערבותו. מכל מקום, במאי 1917 הופעלו השיירות הראשונות.
אמצעים נוספים.
השיירה הייתה האמצעי העיקרי שבאמצעותו נהדפה מתקפת הצוללות. אמצעי זה נתמך באמצעים נוספים שפותחו במקביל.
1918: הדיפת המתקפה הגרמנית.
כאמור, השיירות היו הגורם ששינה את פני המערכה, אך השינוי לא בא באופן פתאומי. באפריל 1917, החודש הקודם להנהגת השיירות, הגיעו האבדות אל קרוב לקו 900,000 טון - שיעור אבדות עצום, שגם במלחמת העולם השנייה לא הצליחו הצוללות הגרמניות לעבור. החודש הבא הביא ירידה בנפח ההטבעות לכ-660,000 טון, היקף עצום כשלעצמו, אך הירידה לא אירעה בשל הצלחת השיירות - עברו כמה וכמה שבועות עד שכל האוניות אורגנו בשיירות - אלא בשל חוסר היכולת הפיזית של צוותי הצוללות לקיים את הלחץ באופן רצוף.
במשך זמן לא קצר התנהל ויכוח על מספר אוניות הליווי הנדרש לשיירות. תועלתן של השיירות לא הייתה ברורה כלל, ולמעשה עד סיומה של המלחמה היו מי שהמשיכו להטיל ספק ביעילותן. הירידה בהיקף ההטבעות הייתה איטית למדי ורק ברבע השני של 1918 ירד היקף ההטבעות החודשי מתחת לקו 300,000 טון. עד אז הטביעו הצוללות כ-4,000,000 טון של אוניות סוחר, מתוך כ-30,000,000 טון תפוסת אוניות סוחר בעולם כולו - יותר מ-13%.