В течение 1916 года были сформированы 1-я — 4-я Особые пехотные бригады двухполкового состава, которые приняли участие в боевых действиях на европейском театре войны, сражаясь против германских, турецких и болгарских войск. Февраль 1916 года ознаменовался созданием элитного Батальона охраны Ставки Верховного главнокомандующего, в июне переименованный в Георгиевский батальон для охраны Ставки (все офицеры и нижние чины в них были награждены орденом Святого Георгия и Георгиевскими крестами). В 1916 году также были созданы инженерные полки, появилась ТАОН — тяжелая артиллерия особого назначения, сведенная в особый корпус и подчиненная напрямую Ставке. Кавалерийским корпусам были приданы батальоны самокатчиков (велосипедистов) и автобронедивизионы, а кавалерийским дивизиям — кавалерийские стрелковые полки. День 31 мая 1916 года может считаться днем рождения русского спецназа — тогда была сформирована Отдельная морская бригада особого назначения (ОМБОН), в составе Артиллерийского и Минных полков и Речной флотилии особого назначения.
В процессе Первой мировой войны в Русской Императорской армии начали создаваться национальные части, которые изначально комплектовались офицерами и солдатами — представителями определенной национальности. Первой, в августе 1914 года, была создана Кавказская Туземная конная дивизия в составе Дагестанского, Кабардинского, Татарского, Чеченского, Черкесского и Ингушского конных полков, которая в августе 1917 года была развернута в Кавказский Туземный кавалерийский корпус в составе 1-й и 2-й Кавказских Туземных конных дивизий.
В сентябре 1914 года началось формирование армянских добровольческих дружин, которые затем были развернуты в шесть Армянских стрелковых батальонов, а в июле 1917-го — в шесть Армянских стрелковых полков.
В ноябре 1914 года в городе Пулавы начала создаваться польская добровольческая дружина, получившая название Пулавского легиона. В начале 1915 года части легиона были влиты в 104-ю дружину государственного ополчения, и 1 октября на ее базе началось формирование Польской стрелковой бригады в составе четырех батальонов. 24 января 1917 года бригада была развернута в Польскую стрелковую дивизию, а 23 августа того же года был создан 1-й Польский корпус в составе 1-й, 2-й и 3-й Польских стрелковых дивизий, 1-й дивизии Польских улан, 1-го Польского инженерного полка, двух артбригад, конного, паркового и минометного дивизионов и вспомогательных частей.
В январе 1915 года из пленных военнослужащих австро-венгерской армии, перебежчиков и живших в России добровольцев — чехов и словаков по национальности была создана Чехо-Словацкая добровольческая дружина. 4 апреля 1916 года на ее базе были сформированы 1-й и 2-й Чехо-Словацкие стрелковые полки, сведенные в Чехо-Словацкую стрелковую бригаду, а 6 августа 1917 года появилась Чехо-Словацкая стрелковая дивизия в составе четырех полков. 26 сентября 1917 года началось создание Отдельного Чехо-Словацкого корпуса в составе двух дивизий, который в январе 1918 года стал автономной частью французских вооруженных сил и принял активное участие в Гражданской войне на востоке России.
В апреле 1915 года в Грузии были созданы Тифлисская и Кутаисская добровольческие дружины, 19 марта 1916-го развернутые в Грузинский стрелковый полк. 31 октября того же года был создан Грузинский конный полк.
В августе 1915 года в Латвии началось создание Латышских стрелковых батальонов, которые 26 января 1916 года получили названия (1-й Латышский стрелковый Усть-Двинский, 2-й Латышский стрелковый Рижский, 3-й Латышский стрелковый Курземский, 4-й Латышский стрелковый Видземский), а 15 сентября 1916 года были развернуты в полки двухбатальонного состава, сведенные в Латышскую стрелковую бригаду. 31 октября 1916 года были сформированы также 5-й Земгальский, 6-й Туккумский, 7-й Баусский и 8-й Вольмарский Латышские стрелковые полки. В итоге все латышские части были сведены в 1-ю и 2-ю Латышские стрелковые дивизии.
В октябре 1916 года в Одессе была сформирована 1-я Сербская добровольческая пехотная дивизия в составе четырех трехбатальонных полков. В январе 1917 года началось формирование 2-й Сербской добровольческой пехотной дивизии, которая затем была развернута в Сербский добровольческий корпус.
Последними по времени соединениями русской армии, сформированными на основе подбора национальных кадров, стали эстонские. В апреле—августе 1917 года были созданы 1-й и 2-й Эстонские пехотные полки, которые в декабре были развернуты в 1-ю Эстонскую пехотную дивизию в составе четырех полков, артбригады и инженерной роты.
Таким образом, наиболее крупными национальными формированиями русской армии на конец 1917 года были 1-й Польский корпус в составе четырех дивизий, Кавказский Туземный кавалерийский, Сербский добровольческий и Отдельный Чехо-Словацкий корпуса (каждый в составе двух дивизий), 1-я и 2-я Латышские стрелковые дивизии и 1-я Эстонская пехотная дивизия. Все они принимали участие в боевых действиях, наиболее мужественными и стойкими в сражениях показали себя офицеры и солдаты Кавказского Туземного корпуса, латышских, чехо-словацких и сербских частей.
Кроме того, в составе русской армии в боях участвовали представители стран Антанты — Экспедиционный корпус бельгийских пушечно-пулеметных бронеавтомобилей в России (1915—1917) и Русский бронеавтомобильный дивизион Королевской морской авиационной службы (1916—1917).
Наибольшее количество изменений в структуру и внешний облик русской армии внес революционный 1917 год. Русская Императорская армия ушла в небытие, ее место заняла «армия свободной России». Внешне это выразилось в отмене «царской» символики — 22 марта 1917 года было отменено шефство над частями членов императорской фамилии, 4 апреля — императорские вензеля на погонах, эфесах и клинках личного оружия. В соответствии с Приказом № 1 Петроградского совета от 2 марта 1917 года в каждом подразделении (от роты до фронта) был создан свой комитет, в который входили представители офицеров и солдат. В теории комитеты должны были заниматься поддержанием порядка и боеспособности (дисциплиной, борьбой с дезертирством), внутреннего быта части (увольнения в отпуск, взаимоотношения между офицерами и солдатами), хозяйственными (контроль над довольствием и снабжением) и просветительными вопросами. На деле же комитеты бесцеремонно вмешивались в работу командного состава: боевые приказы обсуждались, могли быть отменены и т. п. С принятием 9 мая 1917 года «Декларации прав солдата и гражданина», еще больше расширившей права (но не обязанности) солдат, дисциплина в армии упала практически до нуля. Попытка проведения в жизнь ряда жестких дисциплинарных приказов в июле 1917 года провалилась.
Своеобразной реакцией на всеобщий развал оказалось создание в 1917 году так называемых ударных частей (другое название — «части смерти»), которые начали явочным порядком возникать на фронтах в апреле, а начиная с конца июня создавались официально. В них добровольно переводились офицеры и солдаты, желавшие воевать до победного конца. Боевое применение ударных частей было разнообразным. Главным их назначением был штурм особо важных и особо укрепленных участков вражеской обороны, то есть наиболее трудная, сопряженная с многими жертвами часть наступательной операции (отсюда, видимо, и пошло выражение «части смерти»). В обороне ударники должны были вести бой с целью улучшения своего положения, захватывать пленных и контратаковать в случае захвата противником наших позиций. Использовать ударные части в обычной обороне запрещалось.
На 15 июля 1917 года «частями смерти» в армии именовались 4 корпуса (2-й Гвардейский, Гвардейский Кавалерийский, 6-й и 7-й кавалерийские), 5 дивизий (4-я, 35-я и 155-я пехотные, 6-я Сибирская стрелковая, 7-я кавалерийская), 12 полков (4 пехотных, 1 особый пехотный, 2 Сибирских стрелковых, 1 Чехо-Словацкий стрелковый, 2 гусарских, 1 пограничный конный, 1 Кавказский пограничный), 6 артиллерийских бригад, 11 артиллерийских дивизионов, 3 броневых автомобильных дивизиона, 1 авиационный отряд, 1 воздухоплавательный отряд и значительное число менее крупных частей — отдельные батальоны, роты и эскадроны полков и батареи артбригад. Кроме того, два «корабля смерти» было на флоте — крейсер «Адмирал Макаров» и канонерская лодка «Храбрый». К октябрю 1917 года общее число «частей смерти» насчитывало 312, а их численный состав примерно равнялся 600 тысячам бойцов. Однако переломить общий процесс распада армии ударные части не могли. 9 декабря 1917 года их существование было официально запрещено.