גרעין הצבא הבולגרי נולד ממיליצית המתנדבים הלאומנית האופאלצ'נצי, אשר לחמה לצד הצבא הרוסי במלחמה העות'מאנית-רוסית שהביאה להקמת הממלכה. חלק לא מבוטל מהסגל הפיקודי הבכיר של הצבא הבולגרי נמנו עם יוצאי מיליציה זו והביאו עימם לפיקוד הצבאי את השקפתם הלאומנית הקיצונית. פרדיננד הראשון בנה צבא מודרני, אשר צויד במיטב הציוד הגרמני החדיש. בעיתות מלחמה, ניתן היה לגייס עד כחצי מיליון חיילים בו זמנית והם אורגנו ב-10 אוגדות בנות 177 גדודים ועוד גדודי ארטילריה, רפואה והנדסה ואסקדרוני פרשים. במהלך כל המלחמה גויסו 1.2 מיליון חיילים בולגרים. הרובה העיקרי בו צוידו חיילי הרגלים הבולגרים היה מדגם שטייר מנלישר M1895 מוזן מחסנית מתוצרת אוסטרו הונגרית. רובים נוספים היו מוסין נגאן, ברדאן וקרנקה M-1867 מתוצרת האימפריה הרוסית וכו מאוזר 98 מתוצרת גרמנית. הקצינים צוידו גם באקדחים ואקדחי תופי. יחידות הרגלים צוידו במקלעי מקסים אשר סופקו לצבא הבולגרי על ידי הגרמנים החל מ-1908. הגרמנים סיפקו לבולגרים ציוד עודף או ממלאים ישנים ואימנו את יחידותיו. הצבא הבולגרי פתח במלחמת העולם הראשונה, כשהוא אינו מוכן ללחימה ארוכת ימים ומותש ממלחמות הבלקן. מפקדי הצבא הבולגרי בחזית המזרחית היו הגנרלים סטפן טושב, פנטליי קיסלוב, איוואן קולב וטודור קנטארדז'ייב.
בולגריה הצטרפה למלחמה לאחר שהסתמנה תבוסת מדינות ההסכמה במערכת גליפולי. תוצאת מערכה זו, שכנעה סופית את הממשל הבולגרי להצטרף למעצמות המרכז מתוך הנחה שצבאן יביס במהירות את צבא מדינות ההסכמה ותהיה זו מלחמה קצרת ימים ושהסרבים מוכים ושטחי מקדוניה יפלו לחיק הצבא הבולגרי "כפרי בשל". בשנתיים הראשונות ללחימה הכה הצבא הבולגרי בצבא הסרבי וכבש את חבל מקדוניה וביחד עם הצבא הגרמני הביאו לכניעת סרביה. הגרמנים והבולגרים ביצעו מתקפת נגד בחזית הרומנית, כבשו את דרום דוברוג'ה והבירה הרומנית והכריעו חלק זה של החזית המזרחית לטובת מעצמות המרכז. בחזית המקדונית ניצב הצבא הבולגרי בעמדת איום על סלוניקי.
גרמניה.
לפי תוכנית שליפן גרמניה פרסה את החלק העיקרי של צבאה (7 ארמיות מתוך 8) בחזית המערבית נגד צרפת ואנגליה ואילו הכוח המצומצם שנותר בגבולה המזרחי היה אמור להבטיח את שלמות האימפריה מפני ההתקפה הרוסית. כשההתקפה הרוסית שיבשה תוכנית זו, נאלצו הגרמנים להעביר כוחות נוספים מהחזית המערבית לחיזוק כוחותיהם במזרח. ככלל, היחידות הגרמניות שניצבו בחזית זו לא נפלו בערכן מהיחידות הגרמניות שהוצבו בחזית המערבית ופעמים רבות יחידות שונות הועברו בין החזיתות.
הפיקוד בחזית זו היה נתון בידיו של מקסימיליאן פון פריטוויץ, אך הוא הוחלף עד מהרה בלודנדורף ובהינדנבורג, שהיו בין הגנרלים המוכשרים ביותר של הקיסרות הגרמנית. בהמשך, נטלו על עצמם הינדנבורג ולודנדורף את הפיקוד על כל הצבא הגרמני וכשהקייזר הפסיק לתפקד כשליטה של גרמניה, לקחו על עצמם גם את ניהול העניינים האזרחים במדינה.
אוסטרו-הונגריה.
לאוסטרים, בדומה לגרמנים, היו אויבים הן ממערב והן ממזרח. במערב הם נלחמו נגד האיטלקים, אך הזירה האיטלקית שעברה רובה ככולה באזור הררי קשה למעבר הייתה נייחת במשך רוב המלחמה וכך ריכזו האוסטרים את כוחם העיקרי נגד הרוסים. לאוסטרים היה צבא גדול בן כמה מיליוני חיילים, אך איכותם נפלה מבעלי בריתם הגרמנים.
האוסטרים פרסו נגד הרוסים 4 ארמיות שכללו 35 דיוויזיות חיל רגלים ו-11 דיוויזיות פרשים, סך הכול כ-850,000 חיילים ולמעלה מ-1,000 תותחים. התוכנית האוסטרית הייתה לפלוש לחלקה הרוסי של פולין (פולין הייתה מחולקת מאז סוף המאה ה-18 בין גרמניה, אוסטריה ורוסיה) ולכתר את הכוחות הרוסיים העיקריים בדרום פולין.
מהלך העימות.
הלחימה בחזית המזרחית נפתחה בהתקפות רוסיות עזות על עמדות מעצמות המרכז, שהפתיעו את הפיקוד הגרמני. בהתאם לתכנון מוקדם לפי תוכנית שליפן, העריכו הגרמנים שייקח לרוסים למעלה מחודש לרכז את כוחותיהם בזירה, אך הרוסים הקדימו את התקפתם, בעיקר בגלל בקשות מדינות ההסכמה במערב שכרעו תחת עול ההתקפה הגרמנית.
המאבק בחזית זו הסתיים בניצחון גרמני על הרוסים, אך בדרום הזירה, הצליחו הרוסים לגרום לאבדות קשות לכוחות האוסטרו-הונגרים. התוכנית הגרמנית לבלום את הרוסים בעזרת בעלי בריתם האוסטרים נכשלה, והם נאלצו להעביר יחידות רבות ואף להקים ארמייה שלמה (הארמייה התשיעית) כדי לעזור לבת בריתם האוסטרית בחזית זו.
התוצאה החשובה ביותר של המאבק בחזית הגרמנית הייתה קריסת תוכנית שליפן. הלחימה שנכפתה על מעצמות המרכז בשתי חזיתות, המערבית והמזרחית, הייתה בין הגורמים העיקריים לתבוסתם במלחמה. הגרמנים לא הצליחו לעמוד באף אחד מהיעדים העיקריים של תוכנית שליפן. הרעיון לרכז את עיקר הכוח הגרמני במערב כדי להכריע במהירות את צרפת לא עלה יפה וצרפת עמדה איתנה. משלא הצליחו לזכות בניצחון מהיר, היו מעצמות המרכז נתונות במלחמת התשה קשה שבה העוצמה הכלכלית של מדינות ההסכמה הייתה לגורם מכריע.
הפלישה הרוסית למזרח פרוסיה.
המערכה הראשונה בחזית המזרחית נפתחה בפלישה רוסית לפרוסיה המזרחית. הגרמנים סברו, בהתאם לתכנונם המקודם לפי תוכנית שליפן, שייקח לרוסים זמן רב לרכז את כוחותיהם ליד הגבול הגרמני בגלל רשת הרכבות והכבישים המפגרת של רוסיה. הערכה זו התממשה, אך הרוסים לא המתינו לריכוז מלא ותקפו בכוח חלקי שכבר היה בשטח. המטרה של המתקפה הייתה הפניית המאמץ הגרמני העיקרי מהחזית המערבית שעמדה בפני קריסה לעבר החזית המזרחית. התוכנית הצליחה בחלקה והגרמנים העבירו כוחות ניכרים מהחזית המערבית לחזית המזרחית ברגעי השיא של המאבק בקרב על המארן, מה שתרם להפסדם בקרב זה.
הפלישה הרוסית התבצעה בכוח של שתי ארמיות (כ-400,000 חיילים סך הכול). מולם עמדה הארמייה הגרמנית השמינית ובה כ-160,000 חיילים. המפקד הגרמני מקסימיליאן פון פריטוויץ ניסה לבלום את ההתקדמות הרוסית, אך התקפתו על הארמייה הרוסית הראשונה, שעמדה בניגוד גמור להוראות המטכ"ל הגרמני שלא ליזום פעילות התקפית בחזית המזרחית עד אשר תוכרע צרפת, נכשלה. בקרב קרב גומבינן הביסו הכוחות הרוסים את פריטוויץ והוא נסוג. המטכ"ל הגרמני הגיב על התבוסה בהחלפתו של פון פריטוויץ בהינדנבורג ובלודנדורף בפיקוד על הארמייה השמינית.
לודרנדורף והינדנבורג העריכו את המצב והגו תוכנית להבסת הפולש הרוסי. התוכנית התבססה על הקווים הפנימיים, הקצרים יותר של הגרמנים וכן על רשת הרכבות המפותחת של הצד המגן. בעזרת כושר ניידות גבוה הצליחו המפקדים הגרמנים לרכז כוחות עדיפים נגד הארמיות הרוסיות שנאלצו להילחם בנפרד והצליחו להביסן זו אחר זו. הפלישה הסתיימה בתבוסה רוסית ונגרמו לרוסים אבדות כבדות, אך גם הגרמנים ספגו אבדות לא מעטות ויתרה מכך, נאלצו להחליש את צבאם במערב ולהעביר למזרח יחידות גדולות שהיו דרושות יותר מתמיד בקרב מרן שהתחולל בסמוך לקרב זה.
קרב גליציה.
בסמוך למתקפה במזרח פרוסיה פתחה האימפריה הרוסית במתקפה רחבת היקף ב-18 באוגוסט בחזית הדרום-מערבית באזור גליציה, הגובל באימפריה האוסטרו הונגרית (בהיסטוריוגרפיה הגרמנית הקרב מוכר בשם "קרב למברג"). הרוסים תקפו בכוח גדול שמנה 5 ארמיות (ה-3, ה-4, ה-5, ה-8 וה-9) ובהן כ-1,200,000 חיילים. נגדם עמדו 4 ארמיות אוסטרו-הונגריות (ה-1, ה-2, ה-3 וה-4) ובהן כמיליון חיילים. שני הצבאות נתמכו במאות כלי ארטילריה ומקלעים רבים. הקרב הסתיים בתבוסה מוחצת של האוסטרו-הונגרים.
האוסטרים תכננו לכתר את הרוסים בתנועת כיתור גדולה בצפון הגזרה וריכזו בה את עיקר כוחותיהם. הרוסים נפרשו בצורה מאוזנת יותר לאורך כל הגזרה.
הקרב החל ב-23 באוגוסט בחלקה הצפוני של הגזרה במתקפה רוסית באזור העיר קרשניק. הארמייה הרוסית ה-4 תקפה את העיר, אך הארמייה האוסטרו-הונגרית הראשונה, בפיקודו של ויקטור דנקל, אחד הגנרלים המוכשרים ביותר בצבא האוסטרו-הונגרי יצאה למתקפת נגד ואחרי שבוע של לחימה עזה הביסה את הרוסים בקרב קרשניק. על יד העיר זמוסטיה תקפה הארמייה הרוסית ה-5 את העיר קומרוב, אך גם בקרב קומרוב, הארמייה האוסטרו-הונגרית ה-4 שהייתה מוצבת באזור הצליחה לעמוד בהתקפות הרוסיות והן נחלו כישלון חרוץ.
ב-19 באוגוסט, פתחו הרוסים בהתקפה לפי תוכנית מבצע גליץ'-לבוב. הרוסים תקפו בכוח של שתי ארמיות - השלישית בפיקודו של ניקולאי רוזסקי והשמינית בפיקודו של אלכסיי ברוסילוב את הארמייה האוסטרו-הונגרית השלישית. האוסטרים שלא ציפו להתקפה גדולה באזור נפרשו בקווים רופפים והרוסים, תוך כדי שימוש ביתרונם המספרי, הצליחו להניסם למרחק של 90 - 150 ק"מ בלי להיתקל בהתנגדות של ממש. האוסטרים ניסו לייצב את המצב ויצאו להתקפת נגד גדולה בקרב גנילה ליפה. בקרב שהתחולל באזור הייתה יד הרוסים על העליונה. האוסטרים נסוגו לעמדות הגנתיות באזור נהר גנילה ליפה, כ-30 ק"מ מערבית לנהר הקודם, אך גם עמדות אלה לא החזיקו מעמד.