בחזית המערבית במלחמת העולם הראשונה השתמשו גם רבות בלוחמת גז. שימוש בלוחמה כימית במלחמה זו התחיל מהרכבה של כימיקלים שיצרו גזים לא ממיתים כגון גז מדמיע. בהמשך נוצרו גם גזים ממיתים כגון גז כלור, גז פוסגן וגז חרדל. רק 4 אחוזים מהחיילים שנהרגו במלחמת העולם הראשונה מתו משאיפת גז לוחמה כימי. בשלבים המאוחרים של המלחמה, היעילות שלו התפוגגה כיוון שהיה ניתן לפתח אמצעי הגנה יעילים יותר כנגדו. השימוש הנרחב בנשק כימי במלחמת העולם הראשונה בכלל ובחזית המערבית בפרט טבע את הביטוי הרווח "המלחמה הכימית".
טנקים.
ב-1915, עקב חוסר השינויים בחזית המערבית, הציע הממציא הבריטי דה-מול את הצעתו לרכב זחלי. בהמשך החל פיתוח של טנק בתצורה שונה מזאת שהציע דה-מול ודווקא הצי הבריטי קידם את התפתחותו בעוד שהבכירים בחיל היבשה התנגדו לרעיון. בין התומכים ביצור הטנק היה וינסטון צ'רצ'יל, שראה בו אמצעי להכריע את המלחמה. הטנק חומש בשני מקלעים, וצוותו מנה עשרה אנשים.
אב הטיפוס הראשון של טנק נוסה לראשונה על ידי הבריטים ב-6 בספטמבר 1915. השימוש הקרבי הראשון בטנק מסוג סימן 1 נעשה ב-15 בספטמבר 1916 בקרב על הסום עם 16 טנקים, אך התוצאות היו מזעריות. חסרונו הגדול היה ששקע בחפירות ובבוץ יותר מהמתוכנן.
למרות הפוטנציאל הגדול הטמון בו, לא השכילו מדינות ההסכמה לנצל את הטנק. הן שלחו לקרב רק טנקים בודדים וכך איבדו את אפקט ההפתעה הטמון במתקפת טנקים מסיבית. רק לקראת סוף המלחמה הן השתמשו בטנק כראוי וניצלו את יתרונותיו. הקרב הראשון של שריון מול שריון נערך באפריל 1918 בצרפת. בקרב גברו שלושה טנקים בריטיים על שלושה טנקים גרמנים. ביולי 1918 ניצח הגנרל האוסטרלי ממוצא יהודי, ג'ון מונש, על התקפה מתואמת של טנקים, תותחים ומטוסים שנועדה לפנות דרך להתקדמות חיל הרגלים. במשך 1918 גבר השימוש בטנקים.
מטוסים.
ב-1914 החלו גרמניה, צרפת ובריטניה להשתמש במטוסים למטרות תצפית וסיור. תוך זמן מועט חומשו המטוסים במקלעים והחלו לירות בכוחות היבשתיים. כן החלו קרבות אוויר בין מטוסים בודדים ואחר כך בין קבוצות של מטוסים. בריטניה בנתה את נושאת המטוסים הראשונה בעולם. לצד המטוסים הופיעו בקיסרות הגרמנית ספינות אוויר ענקיות שהחלו להפציץ את ערי החוף באי הבריטי. יתרונן של ספינות האוויר היה ביכולת הישארותן הארוכה באוויר, אך הן היו פגיעות מאוד לאש מן הקרקע ומן האוויר והתלקחו בקלות.
להביורים.
בחזית המערבית לא נעשה שימוש בנשק זה עד פברואר 1916, אז פגשו אותו חיילים צרפתים לזמן קצר בקרב ורדן.
שימוש נוסף נעשה בו שוב רק ביולי 1916, נגד חפירות בריטיות בהוג. לאחר הדברים האלה נתברר, כי לנשק זה היו מספר חסרונות: הוא היה כבד, מסורבל וקשה לתפעול; גרוע מכך, אפשר לירות ממנו בבטחה רק מתוך חפירה, וכך מוגבל היורה לחפירות בהן רחוקה חפירת האויב פחות מ-18 מטרים - מקרה נדיר ביותר. בנוסף, מפעילי הלהביור היו פגיעים, ולעיתים נדירות נלקחו כשבויים (בעיקר על ידי חיילים שרגע לפני כן נפגעו מאש הלהביור). גם הבריטים והצרפתים שקלו שימוש בלהביור, אבל זנחו את הרעיון לאחר זמן קצר.
צוללות.
במלחמה זו הצוללת הופיעה לראשונה כנשק מבצעי, שיכול להכריע את גורל המערכה. מבחינת בריטניה היווה השימוש הגרמני בצוללות התפתחות דרמטית ביותר. הצוללות שהופעלו תחילה נגד ספינות מלחמה, הופעלו, החל מפברואר 1915, כנגד אוניות סחר של מדינות ההסכמה. עד סוף 1915 הוטבעו כ-260 אוניות סוחר. הטבעתה של אוניית הנוסעים לוסיטניה, ב-7 במאי 1915, שבה נספו 1,201 מנוסעי הספינה, עוררה זעם רב בארצות הברית, ובעקבותיו הבטיחה גרמניה להגביל את פעולת צוללותיה, כך שהן יעלו על פני הים לפני שהן תוקפות, כדי למנוע תקיפה מוטעית של אוניות נוסעים.
החלטתה של גרמניה להפר את ההגבלות על פעילות צוללות, החל מ-1 בפברואר 1917, הייתה בין הגורמים שהביאו את ארצות הברית להיכנס למלחמה לצד בריטניה ובעלות בריתה ב-6 באפריל 1917.
פעולת הצוללות הגרמניות נגד אוניות סחר, הביאה להטבעת מאות אוניות. בשנת 1917 לבדה הוטבעו אוניות סחר בתפוסה כוללת של 7.4 מיליוני טון, ובמהלך המלחמה כולה איבדו מדינות ההסכמה ומדינות נייטרליות אוניות סחר בתפוסה כוללת של 12.5 מיליון טון (לעומת אובדן אוניות סוחר בתפוסה כוללת של 260 אלף טון למעצמות המרכז). הצי הגרמני איבד במאבק זה כמחצית מהצוללות שברשותו (343 צוללות), ובשנת 1918 חזרה למדינות ההסכמה היכולת להעביר, כמעט ללא אבדות, אספקה מארצות הברית לבריטניה.
מהלך הלחימה.
1914 – הפלישה הגרמנית.
ההתקדמות המהירה.
ב-4 באוגוסט 1914 פלשה גרמניה לבלגיה וללוקסמבורג הנייטרליות. על אף ההתנגדות הבלגית העזה בעיר המבוצרת לייז', התנגדות שלא נצפתה מצד הגרמנים שהטילו מצור על העיר, הצליחו הגרמנים לכבוש את העיר באמצעות הארטילריה הכבדה שהפעילו כנגד הביצורים. לאחר נפילתה של לייז' בידי הגרמנים נסוגו הבלגים לכיוון אנטוורפן, עליה דילגו הגרמנים בהתקדמותם, ונאמור, אותה כבשו הגרמנים ב-23 באוגוסט לאחר הטלת מצור נוסף. במהלך הכיבוש של בלגיה ביצע הצבא הגרמני פשעי מלחמה באוכלוסייה האזרחית הבלגית שנודעו בשם "אונס בלגיה".
במקביל לפלישה הגרמנית, תקפו הצרפתים בגבול גרמניה-צרפת במטרה לכבוש את חבל אלזס-לורן, שנכבש על ידי הגרמנים במלחמת צרפת–פרוסיה. הגרמנים נסוגו אט אט, במטרה למשוך את הצרפתים וללכוד אותם בתנועת מלקחיים בהתאם לתוכנית שליפן, תוך שהם מסבים לצרפתים אבדות רבות.
הכיבוש הגרמני בבלגיה נמשך עת הגרמנים התקדמו לעבר צפון צרפת בחציו השני של חודש אוגוסט. בסדרת קרבות שנערכו בין הצבא הגרמני לבין הצבא הצרפתי וחיל המשלוח הבריטי, אשר נקראו בשם הכולל המערכה על הגבולות, ושהמרכזיים בהם היו קרב שרלרואה וקרב מונס, ניצחו הגרמנים, והכוחות הצרפתיים והבריטיים נסוגו דרומה ומערבה. עם זאת, הנסיגה הייתה מסודרת יחסית, ובנוסף, ערכו כוחות מדינות ההסכמה כמה התקפות נגד, למשל, קרב סן-קנטן (1914). כך שמרו צבאות מדינות ההסכמה על כושר לחימתם.
הבלימה על המארן והמרוץ אל הים.
ב-5 בספטמבר, כשהכוחות הגרמניים היו במרחק 70 ק"מ מפריז, ניצלו הכוחות הצרפתיים והבריטיים פער שנפער בין הארמיות הראשונה והשנייה של הצבא הגרמני, ובקרב שהתנהל על נהר המארן הם הצליחו לבלום את ההתקדמות הגרמנית ולהדוף אותם לכיוון נהר האן, שם, צפונית לנהר, הכוחות הגרמנים התחפרו בשוחות.
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.
הפסקת האש של חג המולד.
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 – קיפאון.
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.
המשך התקפות מדינות ההסכמה.
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.