Із початком війни українські землі перетворилися на театр жорстоких і кровопролитних воєнних дій. Українці були змушені воювати у складі російської (3,5 млн осіб) та австрійської (250 тис. осіб) армій за чужі інтереси і вести братовбивчу війну.
Воєнні дії розгорнулися на території Західної України. У серпні-вересні 1914 р. відбулася Галицька битва, у результаті якої російські війська Південно-Західного фронту завдали поразки австрійцям. Східну Галичину, Північну Буковину, Львів, Чернівці було окуповано російською армією, а військову фортецю Перемишль узято в оточення. У Галицькій битві обидві сторони використовували авіацію, бронепоїзди. Кровопролитна битва відбулася на Ужоцькому перевалі в Карпатах. Вона стала першим бойовим хрещенням для легіону Українських січових стрільців, які входили до складу австрійської армії. Потім бої продовжилися на Верецькому перевалі. Наприкінці 1914 р. австрійська й російська армії воювали за українські міста Борислав, Дрогобич, Стрий.
22 березня 1915 р. після облоги російські війська під керівництвом Олексія Брусилова оволоділи фортецею Перемишль, що панувала над плацдармом на річці Сян (Галичина). Понад 100 тис. солдатів австрійської армії було взято в полон. Захоплення Перемишля стало головним успіхом російської армії, хоча їй вдалось утримувати цю фортецю лише протягом двох місяців. Але наступ Людендорфа в Північній Польщі в лютому 1915 р. захопив російські війська зненацька: вони втратили чотири дивізії, міць їхнього власного наступу було послаблено.
У 1915 р. російські війська прорвали оборону австро-угорської армії і захопили майже всю Східну Галичину та Північну Буковину. Запеклий бій відбувся за гору Маківка в Карпатах. Однак унаслідок загального наступу німецьких та австро-угорських військ наприкінці 1915 р. російські війська почали відступати.
У 1916 р. російські війська під командуванням О. Брусилова провели вдалий наступ на позиції противника. Ця операція одержала назву «Брусиловський прорив». Однак війна набувала позиційного характеру. На початку 1917 р. німецькі та австро-угорські війська знову почали наступ у районі Львова — Галича — Станіслава — Чернівців. Лінія фронту стабілізувалася, а переважна більшість західноукраїнських земель знову опинилася під австро-угорською та німецькою окупацією.