В 1916 году для увеличения сокращающейся численности призывников была сделана попытка распространить призыв на «инородческое» население, которое до этого было освобождено от несения воинской повинности. Причём предполагался призыв не на фронт, а на военно-тыловые работы.

Технические новшества и характер войны предопределяли появление новых типов войск.

Весной 1917 года, в связи с общим развалом русской армии, началось превращение созданных ранее ударных частей из отборных специальных подразделений в особые воинские части, состоявшие из добровольцев, готовых личным примером побудить основную массу армии продолжать войну. Таким образом возрастала роль добровольчества в армии при комплектовании особых частей.

Появление на вооружении Германской коалиции химического оружия потребовало ответных действий. С октября 1915 г. в России начали формировать химические команды для выполнения газобаллонных атак. По мере формирования их отправляли в распоряжение командующих фронтами.

Развитие получала и авиация, которая стала разделяться на бомбардировочную, истребительную и разведывательную. Вместе с тем для борьбы с вражеской авиацией в 1914 г. создавалась система противовоздушной обороны — прародители будущих войск воздушно-космической обороны.

Возрастала роль автомобильных частей. Кроме того, появлялись подразделения броневых автомобилей. Уже в августе 1914 г. была сформирована 1-я автомобильная пулемётная рота в ответ на необходимость моторизации русской армии и флота.

В 1916 г. британская армия на Западном фронте мировой войны впервые применила танки. Однако на вооружении Русской Императорской армии танки так и не появились. Лишь в период Гражданской войны страны Антанты (Великобритания и Франция) передали антибольшевистским силам некоторое количество танков.

На флоте существенное развитие получали подводные лодки. Появлялась и морская авиация.

С началом Первой мировой войны Россия была разделена на две обособленные, самостоятельно управляемые в военном отношении части: театр военных действий и внутренние области государства, или глубокий тыл. Управление театром военных действий осуществлялось Верховным Главнокомандующим. Внутренние области государства с оставшимися в них войсками, военными и прочими учреждениями, находились под управлением военного министра и соответственных правительственных органов.

К началу войны в Российской императорской армии состояло 70 пехотных дивизий и 17 стрелковых бригад, 24 кавалерийские дивизии и 8 кавалерийских бригад, а также саперные, понтонные, железнодорожные, автомобильные, броневые, авиационные части и соединения. В дальнейшем эта структура все усложнялась.

Особое значение для прорыва укрепленной обороны противника приобретала тяжелая артиллерия, калибром свыше 120 мм. Батареи тяжелой артиллерии формировались в составе 2−6 орудий и сводились в дивизионы, а последние — в полки и бригады. На рубеже 1916 и 1917 гг. сформирован резерв Главного командования под названием «тяжелая артиллерия особого назначения» (ТАОН).

На вооружении пехоты продолжала находиться винтовка обр. 1891 г. Однако их не хватало, из-за чего приходилось использовать трофейные винтовки, оружие устаревших типов, а также производить закупки у союзников. То же самое необходимо сказать и о пулеметах, роль которых в войне существенно возрастала. Активным образом стали применять ручные гранаты, самых различных типов. Вновь стали использоваться минометы и бомбометы.
После начала войны на вооружение армии начали поступать новые образцы оружия и снаряжения: в 1915 г. — противогаз Зелинского, в середине 1916 г. — французские каски Адриана, автоматы Фёдорова и другое.

На вооружении артиллерии особенно тяжелой помимо отечественных образцов ввиду нехватки поступали также иностранные орудия, купленные во Франции и Британии.

В период с 1914 по 1918 г. в военном деле произошли существенные изменения по части тактики пехотного боя. Маневренная война довольно скоро сменилась позиционными боями. Во время ведения позиционной войны военно-политическая и стратегическая обстановка остаются стабильными в течение длительного времени. Военные действия с обеих сторон методичны и не очень результативны. Стратегической целью позиционной войны становится демографическое и экономическое истощение противника.

Впервые в истории Российской империи пришлось держать сплошной фронт протяженностью 900 км и глубиной до 750 км. Войска зарывались в землю — строились эшелонированные полосы обороны, включавшие различные типа заграждений, колючую проволоку, окопы, блиндажи, огневые точки и т. п.

Основным источником пополнения офицерского корпуса в годы Первой мировой войны были школы прапорщиков. В эти школы направлялись нижние чины, а также люди со стороны с надлежащим уровнем образования. Основным составом были представители купечества, мещанства, крестьянства. Но уже после первых выпусков выяснился низкий уровень подготовки в школах прапорщиков — сказывалась спешка при подготовке.

Развивалась военная наука, были изданы труды ряда военных теоретиков: Н. П. Михневич — «Стратегия», А. Г. Елчанинов — «Ведение современного боя», В. А. Черемисов — «Основы современного военного искусства», А. А. Незнамов — «Современная война», «Стратегическое значение крепостей».

В 1912 г. издан «Устав полевой службы», «Наставление для действий полевой артиллерии в бою», в 1914 г. – «Наставление для действий пехоты в бою», «Наставление по ведению стрельбы из винтовки, карабина и револьвера».