הארמייה הוקמה עם פרוץ מלחמת העולם הראשונה בשנת 1914, ולמפקדה מונה ניקולאי רוזקי. הארמייה נעה מאוקראינה, ופלש לגליציה שנשלטה בידי האימפריה האוסטרו-הונגרית. ב-29 באוגוסט נלחמה הארמייה נגד האוסטרו-הונגרים בקרב גנילה ליפה, וב-3 בספטמבר כבשה את למברג. בשל הכיבוש הועברה לאזור הארמייה הרביעית האוסטרו-הונגרית, אולם הארמייה השלישית הביסה אותה בקרב רווה. ב-1 במאי 1915 פתחו האוסטרו-הונגרים ובעלי בריתם הגרמנים במתקפת גורליצה-טרנוב. עיקר כובד המתקפה נפל על הארמייה השלישית, שאיבדה למעלה מ-200,000 איש ו-140 תותחים. ב-10 במאי קיבלה הארמייה אישור לסגת משטחי פולין וגליציה אל נהר סן. הארמייה המשיכה להילחם, ובסוף 1917 הועברה לפולאצק. היא פורקה בתחילת שנת 1918.