На этой штабной должности проявил большие способности в разработке фронтовых наступательных операций. Уже в первые месяцы войны армии Австро-Венгрии, главного союзника Германии, потерпели тяжелые поражения в масштабной Галицийской битве. Начальник фронтового штаба имел к ним самое прямое отношение.
Бывший генерал-квартирмейстер Ставки Верховного главнокомандующего генерал-лейтенант Ю. Н. Данилов в своих мемуарах писал, что «руководящая роль в исполнении операции на Юго-Западном фронте принадлежала начальнику штаба этого фронта, генералу Алексееву».
В сентябре 1914 года за боевые заслуги М. В. Алексеев высочайшим приказом награждается орденом Святого Великомученика и Победоносца Георгия 4-й степени. Награждение состоялось 24-го числа, после взятия русскими войсками города Львова, столицы австрийской Галиции. Так Михаил Васильевич стал георгиевским кавалером. Думается, что это было его мечтой, как военного человека.
В марте 1915 года, в связи с ожидавшимся германским наступлением, генерал от инфантерии М. В. Алексеев становится главнокомандующим армиями Северо-Западного фронта. После разделения этого фронта в августе того же года на два – Северный и Западный, Алексеев возглавил Западный фронт.
После поражения русских войск в Галиции руководил чрезвычайно трудным отходом армий Западного фронта через Польшу и Литву под напором противника. При этом войска фронта испытывали сильный недостаток артиллерийских снарядов – во время так называемого «снарядного голода». Стал одним из главных действующих начальствующих лиц в проведении «спрямления» Восточного фронта, в ходе которого Германии и Австро-Венгрии так и не удалось извлечь все стратегические выгоды «польского мешка» для русских войск.
В кампании 1915 года Берлин главный удар по Антанте спланировал на Восточном (Русском) фронте. Именно Алексеев благодаря своему стратегическому мышлению не позволил завершиться ни одному запланированному кайзеровскими стратегами Людендорфом и Гинденбургом окружению. Ни одна русская армия, ни одна дивизия не попали летом 1915 года во вражеский плен.
На посту главнокомандующего армиями Западного фронта М. В. Алексеев разработал и провел ряд успешных операций против германских и австро-венгерских войск. В июле – августе 1915 года русские армии в ходе Праснышских операций сорвали настойчивые попытки германских войск окружить и уничтожить русские армии в Польше. Но по стратегическим соображениям им пришлось оттуда уйти: речь шла о спрямлении линии фронта.
В августе 1915 года генерал от инфантерии, генерал-адъютант М. В. Алексеев высочайшим указом назначается начальником штаба Ставки Верховного главнокомандующего России, размещавшейся в городе Могилеве. С поста главковерха смещается великий князь Николай Николаевич-младший, действиями которого