На Юго-Западном фронте дела обстояли более успешно. Там предусматривалось наступление 5-й и 3-й армий на Львов с целью окружения и уничтожения основных сил Австро-Венгрии. Командование противника решило остановить продвижение русских войск, но шестидневная битва вынудила австрийцев отступить за реку Сан и Дунаец, понеся огромные потери.
Эти победы явились своеобразным подарком для верховного командования русской армии. В сочетании с действиями войск на Люблинском направлении создавались условия для разгрома австро-венгерских армий. Галицийская битва, продолжавшаяся на фронте в 400 километров почти 40 суток, принесла русским новую победу. В этом сражении австрийские войска потеряли около 400 тысяч человек убитыми, ранеными и плененными. Русские войска потеряли почти 230 тысяч солдат и офицеров. Верховный главнокомандующий немедленно доложил об этом императору и представил ходатайство о награждении орденами всех командующих армиями Юго-Западного фронта и многих командиров корпусов и дивизий орденом Св. Георгия 4-й степени. Несколько военачальников были представлены к ордену Св. Георгия 3-й степени.
Победы в Галиции подтолкнули Ставку на очередную стратегическую операцию. Верховный главнокомандующий и его ближайшие помощники стремились узнать мнение командующих фронтами, на переписку с которыми уходило драгоценное время.
Поражение в Галиции поставило Австро-Венгрию на грань катастрофы, и она обратилась за помощью к своему союзнику – Германии. Русское командование приготовилось парировать готовившийся удар на Варшавско-Краковском направлении. Как показали дальнейшие события, направление удара войск союзников было определенно Ставкой правильно.
В планы русского командования входило отражение удара на Варшавском направлении с последующим переходом в контрнаступление. Николай Николаевич приказал перегруппировать в район Средней Вислы главные силы Юго-Западного и часть сил Северо-Западного фронтов. На этот раз верховный главнокомандующий не пошел на поводу у своих советников. Он сам постепенно, но настойчиво овладевал полководческой наукой. В его руках была сосредоточена большая власть, и он был призван решать вопросы не только связанные с оперативным использованием вооруженных сил, но и многие другие, от которых зависел успех военных операций. На этот раз он решил объединить руководство войсками, сосредоточенными на Средней Висле, в руках опытного генерала Иванова. Согласно директиве Ставки, с 19 сентября в его подчинение переходили на время предстоящей операции 2-я армия, а также Варшавский отряд с крепостью Новогеоргиевск. Благодаря этому на участке фронта от Варшавы до Ивангорода под единым командованием были сосредоточены три армии и несколько отдельных корпусов.
На первом этапе операция развивалась не совсем удачно из-за того, что войска не успели полностью завершить перегруппировку, но героическая оборона частей, принявших на себя первый удар противника, помогла русскому командованию выиграть время для сосредоточения всех войск. Вскоре верховный главнокомандующий лично прибыл в войска, чтобы ознакомиться на месте со сложившейся обстановкой. Тщательно все изучив и выслушав мнения командующих армиями, Николай Николаевич решил разделить управление войсками. При этом оборона Варшавы и южных подступов к ней была поручена генералу Рузскому, которому предписывалось в короткие сроки закончить развертывание сил, предназначенных для наступательных действий и закрепления широких плацдармов на левом берегу Вислы.
5 октября без оперативной паузы русские войска перешли в наступление, и в течение двух дней им удалось сломить противника и вынудить его отступать на юг. Варшавско-Ивангородская операция стала крупнейшей стратегической операцией Первой мировой войны. В ходе ее проведения германская армия потеряла до 50 процентов задействованных в ней сил.
Стремясь взять реванш, немцы, собрав все силы, перешли в наступление в районе Лодзи. Им удалось расчленить надвое русскую группировку, но посланный верховным главнокомандующим на помощь сводный отряд – два армейских корпуса и две кавалерийские дивизии – сумел окружить неприятеля и снова одержать победу. Здесь немцы потеряли свыше 40 тысяч убитыми и пленными. Лишь ошибки в управлении русскими войсками, действовавшими разобщенно отдельными отрядами, позволили части сил германцев пробиться на север и выйти из окружения. Лодзинская операция была последней в кампании 1914 года.
С каждой новой операцией великий князь приобретал все больше опыта. По утверждению его окружения, «популярность его росла с каждым днем» и «его имя стало достоянием не только армии, но и всего русского общества». В целом можно констатировать, что под руководством великого князя кампания 1914 года на Восточном фронте была выиграна русскими. Кроме ордена Св. Георгия 3-й степени Николай Николаевич был награжден за кампанию 1914 года и иностранными знаками отличия – Большим крестом английского ордена Бани и французской медалью «За военные отличия».
Приближался 1915 год. Становилось очевидным, что война затягивалась, так как ни одной из сторон не удалось добиться в вооруженной борьбе решающих результатов. В планах кампании 1915 года, разработанных штабом главнокомандующего, намечалось два направления нанесения удара. Основной удар был направлен на Берлин через Восточную Пруссию, другой, второстепенный, удар – через Карпаты на Венгрию. Разработка планов русского верховного командования велась с учетом планов союзников, и сроки наступательной операции устанавливались к 23–25 января.
При перегруппировках войск не было соблюдено никаких мер скрытности, что позволило противнику точно узнать о намерениях командования русской армии и нанести упреждающие удары. В планы австро-германского командования входило нанесение основного удара на восточном направлении, а на западе в 1915 году планировалась активная оборона. Командование противника не оставляло надежд на победоносное окончание войны.
В начале 1915 года войска Северо-Западного фронта провели несколько наступательных операций, которые не достигли желаемых результатов. На Юго-Западном фронте год начался тоже с наступательных операций, но преодолеть оборону противника в Карпатах и прорваться на Венгерскую равнину русские войска не смогли. Единственной удачей стала капитуляция австро-венгерской крепости Перемышль. Крепость сдалась 9 марта и весь ее 120-тысячный гарнизон (в том числе 9 генералов и более 2, 5 тысяч офицеров) был полностью взят в плен. Это стало последней победой русских войск в этой кампании.
На помощь австрийцам поспешила германская армия, и вскоре Перемышль снова был оставлен русскими войсками. Немцы продолжали наступать, и уже летом 1915 года русские были вынуждены оставить сначала Львов, а затем и Галицию. Русские войска несли огромные потери. Не помогли даже введенные в бой резервы.
Неудачи в кампании 1915 года усилили интриги двора против Николая Николаевича. Пошли разговоры о том, что в обществе его воспринимают как второго императора, величая Николаем III. Дело дошло даже до обвинений великого князя в государственной измене. Тогда император Николай II принимает решение лично возглавить войска. Великого князя он направляет на Кавказ, поручив военному министру Поливанову сообщить об этом Николаю Николаевичу.
Вечером 9 августа Поливанов прибыл в Могилев, куда перемещалась Ставка из Барановичей. Выслушав военного министра, Николай Николаевич поинтересовался, может ли он взять с собой на Кавказ Янушкевича и, получив утвердительный ответ, внешне совсем успокоился. Затем были обсуждены подробности передачи поста верховного главнокомандующего.
22 августа в Ставку прибыл император, и на следующий день бывший главнокомандующий великий князь Николай Николаевич, подписав акт о сдаче командования, покинул Могилев.
Кавказский фронт, куда Николай Николаевич прибыл в сентябре 1915 года, представлял собой отдельный театр военных действий, где велась напряженная вооруженная борьба между Россией и Турцией. Здесь Николаю Николаевичу пришлось заниматься не только военными, но и дипломатическими вопросами. Успехи русских войск в этом регионе заставили очень беспокоиться правящие круги Англии, которые стремились утвердить единоличное господство в нефтеносных районах. Без согласования с русским командованием они в ноябре 1915 года высадили десант в Персидском заливе и начали наступление на Багдад. Эта операция провалилась – турки сумели окружить англичан и предложили им капитулировать. Оказавшись в трудном положении, английское командование «вспомнило» о союзниках и обратилось за помощью к главнокомандующему русскими войсками на Кавказе – великому князю Николаю Николаевичу. Тот дал согласие, но выдвинул определенные условия, которые английское командование не приняло. В свою очередь, Николай Николаевич отказался от активных наступательных действий, несмотря на то что этого требовала от него Ставка. В апреле 1916 года, не получив помощи, английские окруженные войска (около 10 тысяч человек) были вынуждены капитулировать – престижу Англии в Азии был нанесен серьезный ущерб.