1916年，戰爭重心再次轉到西線，協約國逐步取得戰略主動權。
1916年，德國把進攻重點再次轉向西線，力爭打敗法國。
從2月21日起，德法展開了歷時10個月的凡爾登戰役。由於兵力不足，德軍猛攻不克，傷亡慘重，從此逐步走向最後失敗。與此同時，英法聯軍為了減輕凡爾登所受的壓力，對索姆河上德軍堅固防線發動猛烈進攻，史稱&ldo;索姆河戰役&rdo;。
此役中，英軍首次使用了坦克作戰。
東線俄軍按照協約國協調一致進攻的戰略方針，為策應西線英法聯軍作戰，對德軍發動了大規模進攻，突破了奧匈軍隊的防線。此間，意軍也對奧匈軍隊進行了數次規模不等的進攻戰役。同年8月，羅馬尼亞參加協約國作戰。1916年的海上戰場，5月31日‐6月1日，英德海軍主力在日德蘭半島以西，進行了整個大戰期間最大的一次海戰。
1917年，德國轉入全面防禦，俄國爆發革命，美國參戰。
經過兩年半戰爭，德國人力物力消耗巨大，協約國方面卻增強了實力，戰場形勢越來越不利於德國。德軍被迫在東西兩線轉入防禦，同時寄希望於海上開展&ldo;無限制潛艇戰&rdo;，企圖切斷英法海上交通線。在戰爭中一直保持中立，利用戰爭大發橫財的美國藉口德國宣布恢復&ldo;無限制潛艇戰&rdo;和德國密電墨西哥企圖結成德墨反美聯盟，於1917年4月對德宣戰，成了協約國在財政和軍需方面的支柱和直接參戰者。同時也使美得以參與重新瓜分世界。
1917年，西線的主要戰役是4‐5月法軍對德軍發動的&ldo;尼維爾攻勢&rdo;戰役。由於德軍預有準備，法軍的進攻遭到慘敗，並引起法軍大規模騷亂。為配合法軍作戰，英軍也單獨發動了數次有限進攻，均未取得重大進展。東部戰線，該年9月，德軍發起里加戰役，這是東線最後一次規模較大的軍事行動。11月7日（俄歷10月25日）俄國爆發了十月社會主義革命，開闢了人類歷史的新紀元。以列寧為首的蘇維埃政府宣布退出帝國主義大戰。
1918年，協約國發動總攻，同盟國土崩瓦解。
俄國退出戰爭後，德國得到了片刻喘息之機。1918年，德國集中兵力於西線，企圖在美軍主力到達法國之前，迫使英法屈服。英法則決定在西線固守陣地，待美軍主力到達後發動總攻。為實現統一指揮，法國將軍福煦被任命為協約國最高軍事統帥。7‐9月，英法軍發動局部進攻，取得進展。9月，美國遠征軍在總司令潘興率領下，發動了聖米耶爾戰役。9月26日，英法美聯軍發動總攻。在協約國軍步步緊逼下，德國的興登堡防線全面崩潰。9月29日保加利亞投降，10月30日土耳其投降，11月30日奧匈投降。11月初，德國十一月革命爆發，德皇威廉二世退位，社會民主黨組成臨時政府，宣布成立共和國。11月11日，《貢比涅森林停戰協定》簽訂，德國投降。歷時4年零3個月的第一次世界大戰以協約國的勝利告終。
第一次世界大戰使各國人民蒙受了空前的災難。戰爭期間，協約國總計動員軍隊4218萬人，損失2210萬人，其中死亡515萬人。同盟國總計動員軍隊2285萬人，損失1540萬餘人，其中死亡380萬人。交戰雙方直接戰費約為1863億美元。
第一次世界大戰，使帝國主義各國的力量對比發生了變化。德國戰敗，割地賠款；奧匈帝國徹底瓦解；英法雖取得了勝利，但在戰爭中元氣大傷，受到削弱；美國在戰爭中牟取暴利，一躍成為經濟強國。戰後帝國主義奴役掠奪戰敗國和宰割弱小國家的《凡爾賽和約》等分贓條約，雖暫時調整了帝國主義戰勝國之間的