Армия занимала фронт протяженностью 720 км – от Черного моря до озера Урмия. Так как по условиям театра войска могли действовать лишь на отдельных изолированных друг от друга направлениях, то русские силы были сосредоточены в четырех группах – на трапезундском, ольтынском, эрзерумским и эриванском операционных направлениях. Каждая группа состояла из двух-трех отрядов разной численности. Главный удар русское командование решило нанести на эрзерумском направлении, так как по условиям местности занятие русскими Эрзерума открывало доступ через Эрзинджан в Анатолию. Кроме того, это направление было лучше обеспечено дорогами и допускало использование крупных сил. Действия на главном направлении обеспечивались наступлением части сил на ольтынском и кагызманском направлениях.
Турки также решили действовать наступательно, нанося главный удар на карском направлении и второстепенный – на батумском.
Операции на Кавказском фронте в 1914 г. начались встречными сражениями на эрзерумском направлении (Кеприкейская операция). Перейдя границу 2 ноября, Сарыкамышский отряд Кавказской армии уже 7 ноября захватил Кеприкейскую позицию, расположенную в 50 км от Эрзерума, а также ряд других важных пунктов.
Со стороны Эрзерума наступали турецкие войска. Русские упорно сопротивлялись, но под угрозой обхода правого фланга немного отошли на рубеж Али-Килиса – Ардос – Хоросан. 14 ноября снова завязалось крупное сражение, в ходе которого русские вынудили турок с 19 ноября перейти к обороне. Третья турецкая армия стала закрепляться перед Сарыкамышским отрядом. Началось осеннее бездорожье на равнинах и местами в горах. Это крайне затрудняло активные боевые действия. Тем не менее русские войска 21 ноября перешли в общее наступление, нанесли турецким войскам тяжелые потери и отбросили их. В связи с приходом зимы дальнейшее наступление не могло дать ощутимых результатов, и командование русской Кавказской армии решило остановиться и перейти к обороне на рубеже Маслахат – Азан-кей – Юзверан – Арди. В ходе Кеприкейской операции турецкие войска потеряли 15 тысяч человек (в том числе 3 тысячи дезертиров). Потери русские не превышали 6 тысяч человек.
На других направления действия русских войск были также успешными. На кагызманском, эриванском и азербайджанском направлениях русские заняли труднодоступные естественные рубежи, преграждавшие наступления турок.
В районе Батума для русской армии сложилась неблагоприятная обстановка. Подтянув к ноябрю к району Хопы большие силы, турки 16 ноября несколькими группами перешли в наступление по направлению к границе. Из них правая группа атаковала Артвин, а три остальные, выдвинув заслон против отряда (около 1 тысячи человек), занимавшего Лиман, двинулись через границу по трем почти параллельным ущельям, угрожая занять коммуникационную линию Артвин – Борчха – Марадиды и зайти в тыл Батуму. Комендант Михайловской крепости двинул против турок почти все наличные силы. Турок удалось было остановить, но внезапно с тыла и флангов на русских напали восставшие аджарцы. Русское командование растерялось и приказало отступить к Батуму. Турки заняли Артвин, Борчху, а со стороны моря подошли к реке Чорох.
Подтянув резервы, в конце ноября 1914 г. русские перешли на контрнаступление и при поддержке огня корабельной артиллерии отбросили турок.
К середине декабря Третья турецкая армия включала: до 121 батальона, около 22 эскадронов, 263 орудия плюс курдские отряды.
22 декабря турки начали наступление на Сарыкамыш. Руководить наступлением прибыл в Эрзерум сам Энвер-паша. К 25 декабря турки с севера обошли русские войска и пошли к Сарыкамышу. Бой завязался на улицах города. В Сарыкамыш срочно прибыло и русское начальство – генералы А.З. Мышлаевский и Н.Н. Юденич.
Русским удалось оперативно снять с других участков войска и перебросить их к Сарыкамышу. Кроме того, из Тифлиса подошла Сибирская казачья бригада. В результате IX и Х корпуса турок оказались в окружении.
Остатки IX корпуса сдались 4 января 1915 г. у Сарыкамыша, а остаткам Х корпуса удалось уйти по горным тропам.
В ходе Сарыкамышской операции турки потеряли около 90 тысяч человек (в том числе 30 тысяч замерзшими) и 60 орудий. Кавказская армия тоже понесла большие потери. Из строя выбыло более 20 тысяч человек.
В первых числах января 1915 г. русские войска начали наступление на Эрзерум. Одновременно часть войск была направлена на зачистку Аджарии от протурецких повстанцев.
С началом войны турецко-курдские отряды вторглись в персидский Азербайджан. Им удалось занять город Тавриз. В дальнейшем турки намеревались пересечь русскую границу и двинуться на Баку. Тогда русские войска вступили на территорию Персии и 30 января 1915 г. выбили турок из Тавриза.