Поштовхом до розв’язання Першої світової війни стали події в столиці Боснії — м. Сараєві. Саме там 11 липня 1914 р. було вбито австрійського ерцгерцога Франца-Фердинанда. За короткий термін у розпочатий на Балканах конфлікт були втягнуті провідні світові держави: з одного боку — Австро-Угорщина, яку підтримувала Німеччина, і, з іншого, — Сербія, на боці якої стояла Росія. 28 липня 1914 р. Австро-Угорщина оголосила війну Сербії. Наступного дня цар Микола ІІ підписав указ про загальну мобілізацію, що означало лише одне — неминучу участь Росії у війні. 1 серпня (19 липня) Німеччина оголосила війну Росії, 2 серпня — Франції. Після блискавичного розгрому Франції у війну проти Німеччини вступила Англія. А 6 серпня війну Росії оголосила і Австро-Угорщина. Таким чином, поступово у військовий конфлікт було втягнуто 3/4 населення земної кулі, й він набув світового масштабу — Першої світової війни, яка затягнулася до 1918 р.
Українські території, насамперед західні регіони — Східна Галичина, Закарпаття, Північна Буковина та західна частина Волині — з перших днів війни перетворилися на арену бойових дій. Південно-Західний фронт під командуванням генерала М. Іванова, який розтягнувся на 450 км від Івангорода до Кам’янця-Подільського, складався з чотирьох російських армій (3, 4, 5 і 8-ї), що розмістилися в напрямку Перемишля, Львова та Галича. Їм протистояли 1, 2, 3 і 4-та австро-угорські армії.
Першим масштабним бойовим зіткненням була Галицька битва, яка тривала з 6 серпня по 13 вересня 1914 р. Співвідношення сил було не на користь російської армії (70 піхотних і кінних дивізій — близько 700 тис. російських військових і 56 дивізій — майже 830 тис. австро-угорських). Не сприяла російським солдатам і воєнна обстановка: на початку операції в районі міст Красніка й Томашева російські війська північного крила фронту зазнали невдачі і відступили до м. Любліна. Водночас головні сили 8-ї армії під командуванням генерала О. Брусилова та 3-ї армії під командуванням генерала М. Рузького здійснили Галицько-Львівську операцію і 13—18 серпня, завдавши поразки 2 та 3-тій австро-угорським арміям, вийшли в напрямку Львова та Гадяча. 3 вересня російські війська вступили до Львова, 4 — до Галича. Внаслідок успішних наступальних операцій Південно-Західного фронту російська армія зайняла Східну Галичину та Північну Буковину, оточила Перемишль, захопити який вдалося лише в березні 1915 р., та вийшла на р. Сян, карпатські перевали і підступи до Кракова. В ході Галицької битви, за досить короткий термін австрійська армія втратила 400 тис. солдатів і офіцерів, з яких 300 тис. було вбито чи поранено, а 100 тис. потрапило до полону. Втрати Південно-Західного фронту становили 227 тис. убитими й пораненими. Після цього на всіх фронтах було припинено бойові дії й розпочався період позиційної війни.
В ході бойових дій від жорстоких розправ та пограбувань з боку обох ворожих сторін потерпало місцеве населення. Так, залишаючи українські етнічні землі, австрійська влада, за участю військових частин, вдавалася до насильства, пограбування, артилерійських обстрілів та спалення сіл, масових страт, репресій населення. За звинуваченням у русофільстві, співпраці, чи хоча б у співчутті російській армії, українцям загрожували переслідування, арешти, ув’язнення і навіть страти без слідства та суду. Українці наповнили концентраційні табори у Гмюнді, Терезієнштадті, Гнаві та ін. Так, лише в концтаборі Талергоф, у Штирії, перебувало понад 30 тис. українців, звинувачених у зраді, українофільстві та русофільстві. Всього жертвами австро-угорського терору в роки війни стали близько 36 тис. цивільних українців і приблизно стільки ж загинуло в концентраційних таборах.
В свою чергу, відразу після вступу російських військ на захоплених українських землях встановлювалася російська система влади. Землі Галичини та Буковини були поділені на чотири губернії (Львівська, Перемишльська, Тернопільська, Чернівецька), які об’єдналися в створене 4 вересня 1914 р. військове генерал-губернаторство з центром у м. Львові. Очолив його генерал-ад’ютант граф Г. Бобринський, який безпосередньо підпорядковувався командуванню Південно-Західного фронту. Адміністративні посади займали військові або ж чиновники, що прибували з царської Росії. На чолі повітів були поставлені повітові начальники, на чолі міст — градоначальники зі служилої російської знаті, сільські общини очолили старости з офіцерів російської армії. Новоприбулі чиновники часто не мали належної для того кваліфікації і навіть освіти.
На приєднаних територіях почалася боротьба проти «мазепинства»: закривалися українські часописи, книгарні, школи, костели тощо. Почалася тотальна русифікація населення, преси та шкільництва: активно поширювалася російська мова, діяли курси вивчення російської мови для вчителів, друкувалися підручники російською мовою тощо.
Зазнала переслідування й греко-католицька Церква. Серед місцевого населення примусово поширювалася православна віра. До Галичини було відправлено архієпископів Волинського — Антонія Храповицького та Холмського — Євлогія Георгіївського. Почалася хвиля арештів та ув’язнень. Лише через київські в’язниці до Сибіру було вивезено 12 тис. українців, серед яких багато представників інтелігенції та греко-католицького духовенства. 19 вересня 1914 р. було зарештовано і вивезено до монастирської в’язниці в Суздалі, де він пробув до революційних подій 1917 р., А. Шептицького.
Проте перебування російських військ у Галичині було нетривалим, оскільки з початком 1915 р. Східний фронт світової війни став основним. Австро-угорська армія поповнилася створеною з передислокованих із Західного фронту німецьких військових частин 11-ю армією під командуванням генерала Макензена та технікою й боєприпасами. Контрнаступ військ Четверного союзу в районі міст Горлиця і Тарнав 18 квітня 1915 р. змусив російську армію відступити за р. Сян. Протягом травня — липня російські війська залишили Перемишль та Львів, утримавшись лише на незначній частині Галичини. Розпочався загальний відступ російської армії: до осені російські війська залишили Польщу, Литву, частину Латвії та Білорусії, а також Східну Галичину, Північну Буковину та частину Волині. Закріпившись на лінії Кам’янець-Подільсьский — Тернопіль — Кременець — Дубно, ворожі армії знову увійшли в стадію позиційної війни.
В ході Галицької операції заявило про себе військове формування українців, що вело бої у складі австро-угорської армії — Українські січові стрільці. Під час бойових дій у Карпатах, на горі Маківці, УСС опинилися в центрі контрудару російських військ і стримували атаки ворога протягом 29 квітня — 2 травня 1915 р., проявивши відвагу і мужність. Бій за гору Маківку став однією зі славних сторінок української військової історії. Як писала львівська газета «Діло»: «Битва на Маківці — це перша велика спроба галицьких українців стати самим активним чинником історії, стати ковалями і творцями своєї будучини».
Легіон Українських січових стрільців було сформовано за ініціативи Бойової управи Головної української ради у серпні — вересні 1914 р. Він вів боротьбу проти Російської імперії у складі австро-угорської армії. Чисельність УСС становила 2,5 тис. бійців, які переважно були вихованцями воєнізованих українських молодіжних організацій: спортивно-громадської — »Сокіл», пожежної — «Січ», учнівсько-шкільної — «Пласт». Комендантом УСС був М. Галущинський. У липні 1915 р. було сформовано 1-й полк УСС (чисельністю 2,2 тис. вояків) на чолі з Г. Коссаком, який об’єднав два старих курені легіону УСС та один щойно створений. З осені 1915 р. комендантом УСС був А. Варивода.
Уже 27—29 вересня 1914 р. бійці УСС у складі австро-угорської армії прийняли перший бій з російськими військовими частинами на Ужоцькому перевалі Карпат. Кровопролитні бої вели січові стрільці й у квітні — травні 1915 р. на горі Маківці, яка декілька разів переходила з рук у руки обох сторін. Запеклою була і боротьба улітку — восени 1916 р. на горі Лисоня, яку російські війська захопили тілька після декількох спроб. Потрапивши в оточення переважних сил супротивника, полк УСС втратив 700 вояків загиблими, пораненими та полоненими. Лише 150 стрільцям і 16 старшинам вдалося вирватися з оточення. Всього ж, беручи участь у бойових зіткненнях 27—29 вересня 1914 р. на перевалах Карпат, 29 квітня — 2 травня 1915 р. на горі Маківці, 2 листопада 1915 р. на схилах гори Лисоні, УСС втратили понад 1 200 бійців. Закінчили січові стрільці свою боротьбу проти російської армії під Бережанами у лютому 1917 р. (після революційних подій у Російській імперії).
Становище російської армії після року війни було важким. Серед солдат і офіцерів поширювалася деморалізація. В армії катастрофічно не вистачало озброєння та боєприпасів, часто поповнення йшло у бій навіть без гвинтівок, а ті, хто отримував їх, не вміли ними користуватися. Бракувало гармат та боєприпасів. Не було достатньо добре налаштовано постачання продовольством та одягом.
Однак 22 травня (4 червня) 1916 р. розпочалася наступальна операція Південно-Західного фронту, головнокомандувачем якого у березні 1916 р. було призначено генерала О. Брусилова. Російські війська одночасно розпочали наступ по всій лінії фронту, що позбавило противника змоги маневрувати своїми силами. Переваги російської армії становили: в піхоті — у 2,5 раза, а в артилерії — у 1,5—1,7 раза. Після багатогодинного обстрілу російською артилерією усіх вогневих точок австрійських військ і зруйнування їхніх укріплених позицій усі чотири армії Південно-Західного фронту (7, 8, 9, 11-та) перейшли в наступ і прорвали фронт австрійських військ, які почали відступ. 7 червня (25 травня) 8-ма армія під командуванням генерал-лейтенанта О. Каледіна зайняла Луцьк, 18 (5) червня 9-та армія під командуванням генерала П. Левицького оволоділа Чернівцями. Після жорстоких боїв до початку червня російські війська просунулися по всьому фронту на 80—120 км і знову зайняли Чернівці, Коломию, Броди, Луцьк. До середини серпня 1916 р. російська армія зайняла Буковину і Південну Галичину й підійшла до карпатських перевалів. Однак, не маючи підтримки армій інших фронтів, потерпаючи від перебоїв у постачанні боєприпасами, війська О. Брусилова в середині вересня змушені були зупинитися на лінії Золочів — Галич — Станіслав (нині — Івано-Франківськ) — Ворохта перед посиленими ворожими арміями, які отримали підкріплення передислокованими із Західного та Італійського фронтів підрозділами. Внаслідок «брусиловського прориву» австро-німецька армія втратила понад 1 млн. чоловік убитими й пораненими. В полон потрапило понад 400 тис. солдатів та офіцерів. Втрати російської армії становили близько 500 тис. чоловік. Брусиловський прорив був найвдалішою бойовою операцією росіян за весь період Першої світової війни й істотно вплинув на її хід. Німецькому командуванню довелося остаточно припинити наступ у Франції. Однак для України, на території якої відбувалася ця битва, вона принесла значні руйнування, загибель десятків тисяч солдатів та офіцерів, українців за походженням.
На цьому наступальна операція військ Південно-Західного фронту в Україні припинилася. Посилення антивоєнних настроїв у армії породило нову форму протесту проти війни — братання. Серед українців, мобілізованих до австрійської армії, дедалі більше траплялося таких, хто добровільно здавався в полон російським військам.
Бойові дії на східному театрі завершилися у лютому 1918 р. підписанням Берестейського миру. Остаточним завершенням бойових дій стало укладення 11 листопада 1918 р. перемир’я між Німеччиною та країнами Антанти. Повоєнний устрій світу було визначено Паризькою мирною конференцією 1919—1920 рр.