第二段階ではファルケンハインがドイツ第5軍からの圧力で、これらの台地への攻撃を許可した。台地のうち、ドイツ軍はル＝モルトーム（英語版）（「死人」の意）という台地を何度か奪取したが、すぐに奪い返された。ル＝モルトームとその隣の304高地はヴェルダンの戦いで残忍な戦闘が起こったため「ヴェルダンの地獄」(Holle von Verdun) の象徴とされている[142]。

第三段階ではドイツ軍が再びヴェルダンの占領に集中、6月2日にヴォー要塞（英語版）への強襲を開始した。23日には兵士7万8千でヴォー＝フルーリー線（英語版）への攻撃を開始したが、戦況は膠着した。直後の第四段階ではドゥオモンのすぐ南にあるティオモン堡塁（フランス語版）をめぐって激しい戦闘が行われた。そして、ドイツの攻勢はヴェルダンから北東約5kmのスーヴィル要塞（フランス語版）で行き詰まった。7月11日、ファルケンハインは攻勢が行き詰まったことと、7月1日に連合国軍が攻勢に出てソンムの戦いが開始したことを理由に攻勢の停止を命じた[142]。
ティルピッツの辞任とユトランド沖海戦

1916年初、ドイツの首脳部は再び対英潜水艦作戦の増強について討議した。セルビアが敗れたことで、ファルケンハインはヴェルダン攻勢のほかにも（アメリカを敵に回してでも）イギリスに対しより積極的に行動する時期が来たと考えた。ヘンニング・フォン・ホルツェンドルフ（英語版）海軍参謀総長（英語版）も1年以内にイギリスを屈服させられることを保証した。ベートマン・ホルヴェークは交渉の末ヴィルヘルム2世に決定を先延ばしにさせることに成功、当面は潜水艦作戦の増強（警告なしで武装した商船を撃沈することを許可、ただし無制限潜水艦作戦は不可）を決定した[144]。

3月初、ドイツ帝国海軍省（英語版）がマスコミで無制限潜水艦作戦を支持する宣伝攻勢を始め、ヴィルヘルム2世を激怒させたためティルピッツは3月15日に海軍大臣を辞任せざるを得なかった[145]。ドイツ潜水艦による客船サセックス攻撃がアメリカとの間で問題となり、ドイツは5月にサセックスの誓約（英語版）を出して潜水艦作戦の増強を取りやめることとなった。

5月31日から6月1日にかけて、両軍艦船合わせて排水量180万トンにもなる「世界史上最大の海戦」という予想外のユトランド沖海戦が行われ、両軍合計で8,600人が死亡した（その中には作家のゴルヒ・フォック（英語版）もいた）。ドイツの大洋艦隊は規模で上回るイギリス艦隊に対し幸運にも逃走に成功。またイギリス艦隊の損害はドイツ艦隊のそれを上回ったが、戦略的には何も変わらず、イギリスは北海の制海権を保った[146]。
ブルシーロフ攻勢とソンムの戦い

シャンティイ会議（英語版）での決定に基づき、連合国軍は1916年中に3つの攻勢を計画した。すなわち、ソンム会戦、ブルシーロフ攻勢、次のイゾンツォ川の戦いの3つだった。7月1日のソンム会戦は元はフランス主導の作戦だったが、ヴェルダンの戦いによる消耗があったためイギリス軍が大半を占めるに至った。イタリア戦線では2月のヴェルダンの戦いにより連合国はイタリアに要請して3月11日に攻撃を開始（第五次イゾンツォの戦い）、オーストリアも5月15日から南チロル攻勢を開始（6月18日に終結）したためロシアのブルシーロフ攻勢が6月4日に始まった。その後はイタリアによる第六次イゾンツォの戦いが8月4日に始まった[147]

6月4日、ブルシーロフ攻勢が始まり、この時点の連合国にとって最大の勝利となった。3月にロシア南部軍の総指揮官に就任したアレクセイ・ブルシーロフはそれまでの失敗から戦術を反省した。まず、攻勢が最短距離400kmという長い前線で行われ、敵軍に一点突破を許さなかった。そして、ロシア軍は秘密裏にオーストリア軍の防衛線に忍び寄り、50m程度の距離まで近づいた（それまでの攻勢では両軍間の無人地帯が1,600mもあったため、大きな損害が出てしまう）。ブルシーロフの数的優勢は少なかった（一般的な攻勢に必要な数的優勢に及ばなかった）が、ロシア第8軍（英語版）は6月8日にコーヴェリでオーストリア＝ハンガリー第4軍（英語版）をほぼ全滅させ、ロシア第9軍（英語版）も南部のドニエストル川とカルパティア山脈の間でオーストリア＝ハンガリー第7軍（英語版）を撃破、チェルニウツィーやコロムィーヤ（英語版）など重要な都市（いずれも現ウクライナ領）を占領した。オーストリア＝ハンガリーの損害は624,000人だった。ブルシーロフはルーマニア国境近くで最も多く前進（約120km）、ルーマニア王国が連合国側で参戦する決定的な要因となった。しかし、補給の問題でさらなる進軍ができず、前線のごく一部にあたるピンスク湿原（英語版）やバラーナヴィチで試みられた攻撃も交通の要衝コーヴェリ占領の試みも失敗した（コーヴェリの戦い（英語版））。「それでも、ブルシーロフ攻勢は､わずかな領土でも争われる第一次世界大戦の規模からすれば､エーヌ会戦（英語版）で塹壕戦が始まった以降の連合国軍が勝ち取った最大の勝利であった」[148]。

ヴェルダンの戦いによりフランス軍の派遣軍が40個師団から11個師団に減ったため、ダグラス・ヘイグ率いるイギリス海外派遣軍が代わってソンムの戦いを主導した。連合国軍は8日間にわたって大砲1500門以上でドイツ軍の陣地を砲撃した後（合計で砲弾約150万発が発射された）、1916年7月1日にソンム川沿岸でドイツ軍の陣地を攻撃した。大規模な砲撃の直後にもかかわらず、ドイツ軍の塹壕は無事に残っており、ドイツ兵士は機関銃の砲火でイギリス軍に対抗した。ソンム会戦の初日（英語版）だけでイギリス軍は19,240人の死者を出し、うち8千人は攻撃が開始した直後の30分内に死亡した。夥しい損害にもかかわらず、ヘイグは攻勢の継続を命じた。9月15日にはイギリス軍が軍事史上初めて戦車の実戦投入を行った（マーク I 戦車）。11月25日まで続いた戦闘において、連合国軍は長さ30km攻撃線において8から10km前進したが、英仏軍の損害は少なくとも624,000人で、ドイツ軍も42万人の損害を出した。ドイツ軍の損害は文献によって違い、ドイツ側では335,688人としたが、イギリス側では軽傷者の数が多いとして最大で65万人とした[149]。いずれにしても、ソンムの戦いは第一次世界大戦で損害の最も大きい戦闘であった。ソンムの戦いが開始した7月1日はイギリスで記念されており、イギリスの歴史家ジョン・キーガン（英語版）は1998年に「イギリスにとって、ソンムの戦いは20世紀最大の軍事悲劇であり、その歴史全体においてもそうである。（中略）ソンムの戦いは命をなげうって戦うことを楽観的に見る時代の終結を意味した。そして、イギリスはその時代には二度と戻らなかった。」と述べた[150]。1916年末にソンムの戦いでの損害が公表されたことで、12月にイギリス首相がハーバート・ヘンリー・アスキスからデイヴィッド・ロイド・ジョージに交代された。
南チロル攻勢とイゾンツォの戦い

5月から6月、南チロル地域のオーストリア＝ハンガリー軍はイタリア軍の陣地に対し攻勢に出たが、成果が限定的だった上に東部戦線でロシアがブルシーロフ攻勢を開始したため、すぐに攻撃を中止した。イタリア軍も3月から11月にかけてイゾンツォ川沿岸で大規模な攻勢をしばしば行い（第五次、第六次、第七次、第八次、第九次イゾンツォの戦い）、ゴリツィア市やドベルド・デル・ラーゴを占領したが、それ以上の成果に欠いた。オーストリア＝ハンガリーの要請を受け、ドイツは1915年5月から11月にかけてアルペン軍団（英語版） (Alpenkorps) を南チロル戦線の支援に投入した。その後、イタリアは1916年8月28日にドイツに宣戦布告した[151]。南アルプスの山岳戦の最中の12月13日、イタリアとオーストリア＝ハンガリー軍数千人が雪崩により死亡する事故が起きた（白い金曜日（英語版））。
ルーマニア王国の参戦と敗北詳細は「ルーマニア戦線」および「トランシルヴァニアの戦い」を参照

1916年8月27日、ルーマニア王国がオーストリア＝ハンガリーに宣戦布告した（実際には数日前にルーマニア戦線を開いた）。