ב-14 באוגוסט נפתחה סדרה של קרבות שכונו המערכה על הגבולות אשר הביאו לתפנית ביחסי הכוחות במלחמה. בדרום החזית המערבית, כוחותיו של הנסיך רופרכט (יורש העצר של בוואריה) לא רק שעצרו את המתקפה הצרפתית במסגרת קרב לורן (14 באוגוסט) אלא גם פתחו במתקפת נגד ב-20 באוגוסט במסגרתה הדפו את הכוחות הצרפתיים חזרה אל מעבר לגבול הצרפתי (חלק מההיסטוריונים טוען שניצחון גרמני זה הוא חלק מסיבת הכישלון הגרמני במלחמה, שכן במסגרת תוכנית שליפן כוח זה נועד רק להוות הסחה עבור הצרפתים). ב-21 באוגוסט החל קרב הארדנים שבמסגרתו ניסו הצבאות הצרפתיים להבקיע את מרכז הכוחות הגרמניים דרך הרי הארדנים, אך ספגו אבדות קשות (כ-22,000 הרוגים) ונסוגו לאחור. בחזית הצפונית החל הגנרל הצרפתי שארל לנרזאק להסיג את כוחותיו לאחור ובכך מנע את השמדתם על ידי הכוח הגרמני המאגף. ב-20 וב-21 באוגוסט נערכו קרבות שרלואה ומונס בהם הצליחו הגרמנים להבקיע את קווי המגננה של הצרפתים ושל כוחות העזר הבריטים, אך כוחות בעלות הברית הספיקו לסגת בזמן ולהיחלץ מהשמדה. התוצאה של המערכה על הגבולות הייתה שצרפת נאלצה לזנוח את אסטרטגיית ההתקפה בה דגלה מתחילת המלחמה, ולעבור למגננה, ובמקביל התברר לה ממדיו העצומים של הכוח הגרמני המאגף (על פי תוכנית שליפן).
ב-26 באוגוסט החל קרב טננברג במסגרתו הצליחו הכוחות הגרמניים בפיקודם של הגנרל פאול פון הינדנבורג ואריך לודנדורף להדוף את הכוחות הרוסיים שפלשו למזרח פרוסיה. הכוחות הגרמניים הצליחו תחילה לכתר את הארמייה השנייה של סמסונוב ב-26 באוגוסט ולהשמיד אותה, ושבוע לאחר מכן הצליחו הגרמנים בקרב הראשון על האגמים המזוריים לנצח גם את הארמייה הרוסית הראשונה ולהסיג אותה לאחור אל מחוץ לגבולות פרוסיה.
חרף הניצחונות הגרמניים המרשימים במערכה על הגבולות, לא הצליחו הכוחות הגרמניים המאגפים להשלים את כיתור הצבא הצרפתי. במסגרת הקרב הראשון על המארן, שנערך בין 5 ל-12 בספטמבר 1914, הצליחו הצרפתים, בסיוע של סיורים מוטסים, לזהות פער בין שתי הארמיות הגרמניות הפולשות ולהחדיר דרכו את הכוחות של הארמייה החמישית הצרפתית בסיוע חיל המשלוח הבריטי. ב-9 בספטמבר נראה היה כי הארמיות הגרמניות עומדות בפני כיתור והשמדה, אך הם הצליחו לסגת ולהתחפר צפונית לנהר האן. עד אמצע ספטמבר ניסו הכוחות הצרפתיים והגרמניים לכתר זה את זה ממערב, במהלך שכונה המרוץ אל הים. הניסיונות לא צלחו ושני הצדדים נאלצו לעבור לשלב של מלחמת חפירות. חרף ההישגים הגרמניים המרשימים בשלב זה של המלחמה, כישלונה של תוכנית שליפן להשמיד את הצבא הצרפתי, הביא לכך שגרמניה נאלצה להתמודד עם מלחמה ארוכת טווח בשתי חזיתות בו-זמנית: במערב נגד צרפת ובריטניה ובמזרח נגד רוסיה.
תחילת מלחמת החפירות.
כתוצאה מהדיפת הגרמנים, פתחו שני הצדדים בניסיונות איגוף מצפון-מערב. ניסיונות אלה, שלא צלחו עבור אף אחד מהצדדים, הסתיימו ביצירת קו חזית רצוף מהים הצפוני אל גבול צרפת-שווייץ, ועל כן נקראו בשם המרוץ אל הים. עבור הגרמנים היה המרוץ אל הים גם ניסיון להשתלט על הנמלים הבלגיים בים הצפוני, ניסיון שלא צלח עקב הצפות של נהר איסר ועקב הצלחתם של הבריטים למנוע את גישת הגרמנים לנמלים.
מצד כוחות ההסכמה, נחלק קו החזית לשלושה חלקים, כאשר על כל חלק הייתה מופקדת מדינה אחרת. החלק הצפון-מערבי באורך 35 ק"מ מהים הצפוני הופקד בידי בלגיה, החלק השני עד לעמק הסום הופקד בידי בריטניה והחלק השלישי עד לגבול עם שווייץ הופקד בידי צרפת.
בחג המולד של 1914 החלו החיילים הגרמנים לקשט את אזור הביצורים שלהם בגזרת איפר בבלגיה לכבוד החג. החיילים הבריטים מנגד הצטרפו לחגיגה והתפתחה הפסקת אש ספונטנית וקצרה שבה שרו שני הצדדים יחדיו שירים בגרמנית ובאנגלית ואף שיחקו כדורגל זה נגד זה. לאחר ששני הצדדים צעקו זה לזה ברכות לחג, נפגשו החיילים בכמה מקומות בשטח ההפקר שבין הכוחות והחליפו ביניהם מתנות לחג. הירי הארטילרי בגזרת איפר הופסק גם הוא באותו הלילה. בחלק מהמקומות הסתיימה הפסקת האש בתום ערב החג ובמספר מקומות היא נמשכה עד לראש השנה החדשה. עם פרוץ המלחמה באוגוסט נפוצה האמונה כי המלחמה תסתיים עד לחג המולד, אולם המציאות הראתה אחרת, והלחימה נמשכה למעלה מארבע שנים, תוך שהיא גובה מספר קרבנות עצום.
1915 – הגנה במערב ומתקפה במזרח.
בשנת 1915 הפיקוד הגרמני החליט לעשות את המאמץ העיקרי בחזית המזרחית, והועברו בהתאם כוחות ניכרים לשם. הקרב השני על האגמים המזוריים שנערך בתאריכים 7 בפברואר - 18 בפברואר 1915 בין צבא הקיסרות הגרמנית בפיקודו של פאול פון הינדנבורג ובין צבא האימפריה הרוסית היה מהקרבות החשובים בחזית בשנת 1915. ב-7 בפברואר 1915 בתוך סופת שלג, הגרמנים פתחו בהתקפה על הארמייה הרוסית השמינית של פון סיברס ובתוך שבוע התקדמו כ-100 ק"מ. למרות האבדות הכבדות הצליח פאבל פלבה לארגן את הארמייה הרוסית ה-12 ולפתוח במתקפת נגד שעצרה את התקדמות הגרמנים והביאה לסיום הקרב. הגרמנים, שניצחו בקרב, גרמו לאבדות כבדות אצל הרוסים אך לא הצליחו להכניעם. הסיבה למפלות שספג הצבא הרוסי בשנה זאת הייתה בעיקר בתחום הטקטי, מחסור בציוד טכני ומחסור בתותחים ובתחמושת.
בחזית המערבית נותרו הגרמנים במהלך שנת 1915 במגננה. בין החוף לבין הרי הווז' היה מבלט גרמני בקו החזית, מבלט נואיון, שז'ופר תכנן להתקיפו משני צדדיו במטרה לנתקו. לפי התוכנית, הבריטים היו אמורים לתקוף מצפון ולדחוף את הכוחות הגרמניים מזרחה לארטואה, ואילו הצרפתים היו אמורים לתקוף בשמפאן. ב-10 במרץ, כחלק מתוכנית למתקפה גדולה יותר באזור ארטואה, תקף הצבא הבריטי בנב שאפל במטרה לכבוש את רכס אובר. התקיפה התבצעה בידי ארבע אוגדות לאורך חזית של כשלושה ק"מ. בטרם ההסתערות הרגלית הייתה הפצצה מרוכזת וכבדה שנמשכה 35 דקות, דבר שאפשר התקדמות מהירה בתוך ארבע שעות. אולם ההתקדמות נבלמה בגלל בעיות לוגיסטיקה ותקשורת, והגרמנים מנגד פתחו במתקפת נגד של כוחות מילואים ועיכבו את כיבוש הרכס. במהלך המתקפה השתמשו הבריטים בשליש מפגזי הארטילריה שלהם.
באביב ניסו מדינות ההסכמה לכבוש את רכס וימי. הארמייה העשירית הצרפתית תקפה ב-9 במאי, לאחר הפגזה ממושכת של שישה ימים, והתקדמה חמישה ק"מ, אולם נסוגה לאחר שפגשה בקני מקלעים גרמניים. אף שההתקדמות פסקה, הלחימה באזור נמשכה עד 18 ביוני. במאי תפסו הגרמנים מסמך צרפתי המתאר מערכת ביצורים חדשה, ולפיו במקום להסתמך על קו חזית מבוצר היטב, מסודרת מערכת ההגנה בסדרה של מדרגות. מסמך זה היה הבסיס לפיתוח דוקטרינת ההגנה לעומק נגד מדינות ההסכמה.
במאי 1915 פתחו הכוחות הגרמנים יחד עם הכוחות האוסטרו-הונגרים במתקפת גורליצה-טרנוב, שהחלה ב-1 במאי 1915 בסביבות הערים גורליצה וטרנוב, דרומית - מזרחית לקרקוב ומכאן שמה. אוגוסט פון מקנזן ריכז את הפריצה לשטח צר באורך 35 ק"מ בין הערים האלה. לאחר הפגזה ארטילריה כבדה הוא פרץ ב-2 במאי 1915 ותוך מספר ימים החלה הארמייה הרוסית השלישית להתמוטט. ב-3 ביוני 1915 נכבש מבצר פשמישל ובאותו יום הורחבה המתקפה על ידי הכנסת ארמיות אוסטרו-הונגריות נוספות. ב-17 ביוני 1915 נכבשה למברג (כיום-לבוב).
עד אמצע 1915, הרוסים גורשו מפולין הרוסית, ולכן התרחקו מאות קילומטרים, הרחק מגבולות מעצמות המרכז, דבר שגרם להסרת איום הפלישה הרוסית לגרמניה או לאוסטרו-הונגריה. בסוף המתקפה הגרמנית-אוסטרו-הונגרית, שנגמרה בסוף 1915, הם נעצרו בקו ריגה-דווינסק-ברנוביץ'-פינסק-דובנו-טרנופול. קווים כלליים אלו כמעט לא השתנו עד התמוטטות רוסיה בשנת 1917.
בספטמבר פתחו מדינות ההסכמה במתקפה נוספת בחזית המערבית, עת הצרפתים תקפו בשמפאן והבריטים בלוס. הצרפתים התכוננו לאורך הקיץ למבצע זה, כאשר הבריטים לקחו על עצמם קטע ארוך יותר מקו החזית על מנת לשחרר את הצרפתים לצורך המתקפה. ההפגזה בטרם הקרב, אשר כוונה בזהירות בסיוע תצלומי אוויר, החלה ב-22 בספטמבר. ההתקפה הצרפתית העיקרית החלה שלושה ימים לאחר מכן והתקדמה מאוד בראשיתה, למרות חוטי התיל והמקלעים. הגרמנים, במקום לסגת, אימצו שיטה חדשה של הגנה לעומק שכללה סדרת אזורי מגננה ועמדות בעומק 8 ק"מ.
ב-25 בספטמבר פתחו הבריטים במתקפתם בלוס, שנועדה לתמוך במתקפה גדולה יותר בשמפן. המתקפה באה לאחר הפגזה בת ארבעה ימים של 250,000 פגזים וירי של 5,100 פחיות של גז כלור. היא כללה שני גייסות במתקפה הראשית ושניים נוספים שביצעו מתקפות הסחה באיפר. הבריטים ספגו בקרב אבדות כבדות, בעיקר מאש מקלעים, והתקדמו מעט בטרם אזלו הפגזים שלהם. חידוש של המתקפה ב-13 באוקטובר הביאה לתוצאות מעט יותר טובות. לאחר הקרב, בדצמבר, הוחלף מפקד חיל המשלוח הבריטי, ג'ון פרנץ', בגנרל דאגלס הייג.
1916 – מלחמת התשה.
מתקפת אגם נארוץ' נערכה גם היא בחזית המזרחית. המתקפה הסתיימה בתבוסת הרוסים. המתקפה הייתה דומה למתקפות הכושלות בחזית המערבית. הרוסים התחילו בהפגזה ארטילריה כבדה שנמשכה כיומיים ולאחר מכן הסתערו עם 350,000 חיילים בקבוצות גדולות שהיו מטרה מעולה למכונות היריה של הגרמנים. הם הצליחו להתקדם מספר מועט של קילומטרים עד שנאלצו לסגת לקו הקודם בהתקפת נגד של הגרמנים. מתקפה רוסית נוספת ב-21 במרץ 1916 ליד ריגה הסתיימה באותן תוצאות.