Стремясь нанести России решающее поражение, германское командование начало в феврале 1915 г. наступление именно в местах сосредоточения русских войск для их полного уничтожения. Главнокомандующий Восточным фронтом Гинденбург получил в свое расположение практически все стратегические резервы империи и разработал план маневренного наступления в Восточной Пруссии с быстрыми фланговыми ударами (Августовская операция). Растянутые по всей длине фронта, оставшиеся без резервов и плохо управляемые, русские войска несли большие потери и отступали. Однако развить этот успех немецкой армии помешала героическая оборона крепости Осовец. Более шести месяцев этот укрепленный район прикрывал стык двух русских армий и выдерживал атаки германского блокадного корпуса. В марте наступление немецких войск в Восточной Пруссии потеряло прежний темп, а затем и вовсе было остановлено. Русским частям удалось даже предпринять на отдельных участках фронта контратаки, однако недостаток сил вынудил их перейти к обороне.
С конца января начались активные военные действия и на Карпатском фронте (Карпатская операция). Встречное наступление русской и австро-венгерской армий проходило в сложных горных условиях и сопровождалось огромными потерями. Из-за недостатка боеприпасов и бездорожья русской армии не удалось развить и первоначальный успех в Буковине. В марте фланговые операции были приостановлены, так и не обеспечив ни одной стороне стратегической инициативы. Ситуацию могло изменить вступление в войну на стороне Антанты Италии. В соответствии с секретным договором 26 апреля 1915 г. Италия рассчитывала получить после войны южный Тироль, Триест, Истрию, Далмацию, а также ряд турецких провинций. Возможность совместных действий русской, итальянской и сербской армий ставила под угрозу само существование Австро-Венгрии. Для спасения своего союзника в мае 1915 г. немецкое командование осуществило еще одну наступательную операцию в районе Горлицы. Используя все стратегические резервы, германской армии удалось прорвать фронт и развить наступление восточнее Варшавы. Большое значение имело массированное применение минометов, а также химического оружия. Горлицкая операция стала одним из первых опытов широкомасштабного стратегического прорыва укрепленного фронта. Истощенные зимними боями русские войска оставили Галицию, неся тяжелые потери. Командующий Северо-Восточным фронтом генерал Алексеев, чтобы избежать угрозы окружения,