Одразу після початку Першої світової війни українські землі перетворилися на театр бойових дій або прифронтову зону між російською армією та військами австро-німецького блоку. На цій території діяв російський Південно-Західний фронт, до якого у 1916 р. додався ще й Румунський. У серпні – вересні 1914 р. російські війська, відбивши наступ австро-угорських армій, спрямували свій удар на Галичину. Ця операція отримала назву Галицька битва. У результаті цієї грандіозної битви російська армія оволоділа Східною Галичиною, Північною Буковиною та вийшла до Карпатських перевалів. Російські війська вступили до Львова, Чернівців. Під час битви австро-угорські війська втратили 400 тис. людей, з яких 100 тис. потрапили в полон. Тільки завдяки терміновій допомозі з боку Німеччини і перекиданню військ з інших фронтів Австро-Угорщина уникнула остаточного розгрому.
Наступним успіхом російських військ стала облога фортеці Перемишль, яка капітулювала 22 березня 1915 р. У результаті були взяті в полон ще 120 тис. австрійців і захоплені 400 гармат. На завойованій території російська влада встановила режим, який, за словами голови російської адміністрації Галичини генерал-губернатора графа О. Бобринського, мав запровадити «русские начала» у житті населення краю. Так, у Галичині закривались українські школи та інші навчальні заклади, культурні організації, запроваджувалися російська мова і російське законодавство. Почалось обернення греко-католиків у православ’я. Майже всіх представників української еліти, які залишилися в краї, а також верхівку греко-католицької церкви на чолі з митрополитом А. Шептицьким вивезли вглиб Росії. Відбулись єврейські погроми.
Російська окупація тривала до весни – літа 1915 р. Уже в лютому австрійські частини вступили до Чернівців, 22 червня – до Львова, а до кінця червня захопили всю Галичину й Буковину, за винятком вузької смуги на схід від Тернополя. Крім Галичини, австро-німецькі війська під час наступу 1915 р. окупували Західну Волинь, Холмщину, Берестейщину з містами Луцьк і Дубно. Наступ австро-німецької армії призупинився на лінії Кам’янець-Подільськ – Тернопіль – Кременець – Дубно.
Відступ російської армії супроводжувався новими погромами українства, депортацією населення. Поряд із цим до відступаючих російських частин додалися біженці, які боялися репресій із боку Австро-Угорщини. Загалом до Росії було переміщено понад 100 тис. українців. Депутат російської Державної думи П. Мілюков охарактеризував російську політику в Галичині «європейським скандалом».
Навесні 1916 р. війська Південно-Західного фронту під командуванням О. Брусилова завдали несподіваного удару, який увійшов в історію як Брусиловський прорив. Російські війська розпочали наступ 22 травня 1916 р. і після нетривалої артпідготовки просунулися вздовж всього фронту вглиб на 80 – 120 км, знову оволоділи Чернівцями, Коломиєю, Бродами, Луцьком. Унаслідок Брусиловського прориву австро-угорські війська зазнали значних втрат: понад 1 млн убитих і поранених, понад 400 тис. військовополонених. Російські війська втратили близько 500 тис. осіб.
Після завершення цього наступу лінія фронту залишалася майже незмінною цілий рік. Тим часом у березні 1917 р. в Росії відбулася революція. Новий російський уряд, прагнучи зміцнити внутрішнє становище країни, улітку 1917 р. розпочав новий наступ, який завершився повним провалом і новими жертвами. Контрудар австро-німецьких військ примусив російські війська залишити Галичину, відійти навіть далі, ніж у 1915 р. Ця лінія фронту проіснувала аж до укладення Берестейського миру (січень 1918 р.).