Морской Генеральный штаб совместно с сухопутным Генштабом изучил общую военно-политическую обстановку и почти точно спрогнозировал, что Германия начнет войну в 1915 году, а России придется выступить против нее. Исходя из этого, Морской Генштаб разработал военно-судостроительную программу. Одним из главных ее составителей был Колчак, который в качестве эксперта пытался пробить это детище в Госдуме.
Усилия Колчака не увенчались успехом, Дума предпочла выделять оборонные средства армии. Большинство высших чинов не доверяли «младотуркам», да и попросту опасались: не пойдут ли ассигнования на кормление береговых и тыловых бюрократических структур морского ведомства? Савич резюмировал в своих мемуарах.
«Весною 1908 года Колчак проиграл бои в Государственной Думе. Но он сделал свое дело. Он внес горячую свежую струю в ведомство, его мысли стали достоянием многих его знания просветили среду его сослуживцев и внесли определенность и ясность в вопрос реорганизации флота».
После того, как не удалось реализовать программу Морского Генштаба, Колчак попросил отчислить его оттуда В мае 1908 года Александр Васильевич в чине капитана 2-го ранга становится командиром спущенного на воду ледокольного транспорта большого радиуса действия «Вайгач». Это военное судно с пушечным и пулеметным вооружением было оборудовано специально для картографических работ.
В октябре 1909 года «Вайгач» вместе с таким же транспортом «Таймыр» вышел из Петербурга, а в июле 1910 года они прибыли во Владивосток — основную базу Гидрографической экспедиции Северного Ледовитого океана Ее задача заключалась в изучении северных и северо-восточных морей для освоения Северного мор-Год плавает Александр Васильевич на «Вайгаче» по Беринговому и Чукотскому морям. С тех пор к нему крепко пристает прозвище Колчак-Полярный. При очередном заходе «Вайгача» во Владивосток его командира находит телеграмма морского министра С. А. Воеводского и начальника Морского Генштаба князя А. А. Ливена с просьбой вернуться в Морской Генеральный штаб. Второй период работы Колчака в Морском Генштабе занял почти полтора года. Тогда же он читал на дополнительном курсе отдела Николаевской морской академии цикл лекций об организации военно-морского командования, вылившийся в книгу «Служба Генерального штаба», вышедшую в 1912 году.
В Морском Генштабе Колчак теперь был главой оперативного отдела, или, другими словами, заведовал Балт-флотом, театр которого был главным в надвигающейся войне. Участвуя во флотских маневрах, Колчак быстро стал специалистом в области боевых стрельб, минного дела, использования торпед. Занимаясь военным судостроением, Колчак разрабатывал детали нового типа крейсеров класса «Кинбурн». В боевой подготовке флота и его моральном состоянии наметился перелом.
О тех временах Колчак вспоминал на допросах в Иркутске: «Главную задачу я выполнил… теперь остается только следить технически, чтобы налаженное дело шло дальше».
С весны 1912 года Колчак уходит в плавсостав Балтийского флота, которым командовал тоже умница Н. О. фон Эссен. Здесь Александр Васильевич служит в минной дивизии капитаном эсминца «Уссуриец», затем на дивизионной базе в Либаве, где живет его семья, в которой уже появились сын Ростислав и дочь Рита. В декабре 1913 года Колчаку присваивается звание капитана 1-го ранга, командующий Эссен назначает его флаг-капитаном по оперативной части у него в штабе на броненосце «Рюрик». В то же время Александр Васильевич командует одним из лучших эскадренных миноносцев «Пограничник» и является посыльным командующего в течение года.
С весны 1914 года Колчак сосредоточен на ускоренной подготовке флота к боевым операциям. Он уточняет и развивает стратегические идеи защиты Балтийского моря, разработанные при нем в Морском Генштабе. Накануне войны Колчак успевает послужить и в отряде подводного плавания Балтфлота. Александр Васильевич дал первое боевое задание флоту — закрыть сильным минным полем вход в Финский залив.
В самые последние часы перед началом Первой мировой войны флаг-капитану Колчаку удается убедить Эссена приступить к выполнению этой задачи. В Иркутске перед смертью он счастливо вспоминал:
«Мы решили ставить поле, все равно не ожидая приказания из Петрограда. Но как раз в момент, когда подняли сигнал: «Начать постановку заграждений», — когда показались дымы заградителей и флот снялся и вышел в море на их прикрытие — в этот момент мы получили по радио условную телеграмму из морского штаба: «Молния» — «Ставьте минные заграждения». Таким образом это вышло чрезвычайно удачно. Через несколько часов была получена телеграмма с объявлением войны… На «Рюрике», в штабе нашего флота, царил громадный подъем, и известие о войне было встречено с громадным энтузиазмом и радостью. Офицеры и команды все с восторгом работали, и вообще начало войны было одним из самых счастливых и лучших дней моей службы… Эту войну я не только предвидел, но и желал как единственное средство решения германо-славянского вопроса, получившего в этот период большую остроту благодаря балканским событиям».
С начала войны Колчак воевал в должности флаг-капитана. Помимо разработки оперативных заданий, планов, он постоянно рвался в прямой бой.
Знамениты операции, которые Колчак возглавлял как непревзойденный мастер ведения минной войны. В преддверии нового 1915 года отряд крейсеров под его командой забрался в немецкое расположение и сумел поставить заграждения за островом Бронхольм у Карколи. В феврале 1915 года, командуя четырьмя миноносцами, Колчак вышел к Данциге кой бухте по морю с массой льдин. Он вел между ними корабли со слабыми бортами, отлично используя свой полярный опыт. Выставили 200 мин, на них подорвались 4 немецких крейсера, 8 миноносцев, 11 транспортов.
Тогда командующий германским Балтийским флотом принц Генрих Прусский приказал своим кораблям не выходить в море, пока не найдутся средства борьбы с русскими минами.
В мае 1915 года скончался командующий Балтийским флотом Эссен, его место занял вице-адмирал В. А. Канин, малоинициативный, не очень решительный человек. При нем значение Колчака еще более возросло, порой он выступал в качестве руководителя боевых соединений флота. И этим в высшей флотской среде расторопный, неутомимо работоспособный Александр Васильевич как бы предвосхищал роль генерала Алексеева при номинальном Верховном главнокомандующем императоре Николае Втором.
С осени 1915 года Колчак командует минной дивизией и становится командующим морскими силами Рижского залива. Тогда немцы высадили крупный десант на его южном берегу, начали наступать по суше и еще южнее. Благодаря встречным десантам Колчака, огню его береговых батарей германский поход на Ригу захлебнулся. За это государь император в телеграмме отметил Александра Васильевича за «блестящую поддержку, оказанную армии кораблями», упомянул, что «давно был осведомлен о доблестной службе и многих подвигах» Колчака, и удостоил его высшей награды — ордена Св. Георгия 4-й степени.
Военные дарования Колчака развернулись на войне в полную силу. Яркими их плодами была установка по его плану минных заграждений у порта Виндавы (Вентспилса), из-за чего немцы потеряли крейсер и несколько миноносцев. Колчак лично на миноносце потопил крейсер, охранявший германский караван судов, шедший из Стокгольма. Весом оказался вклад Александра Васильевича в то, что к концу 1915 года германские потери боевых кораблей на Балтике превышали русские в 3,4 раза, а по торговым судам — в 5,2 раза.
В апреле 1916 года А. В. Колчаку присваивается звание контрадмирала и уже в июне — вице-адмирала. Вслед за этим его в 42 года назначают командующим Черноморским флотом, Колчак — самый молодой из адмиралов на этом посту.
В ту пору разгорелся не менее легендарный, чем боевые свершения Колчака, его роман с Анной Тимиревой, которая была женой однокашника Колчака по Морскому кадетскому корпусу, героя русско-японской войны, балтийского морского офицера, позже — контрадмирала С. Н. Тимирева. Анна, урожденная Сафонова, была моложе Колчака на 19 лет. Она родилась в Кисловодске, занималась живописью, являлась внучкой генерал-лейтенанта Терского казачьего войска И. И. Сафонова, отцом ее был известный пианист В. И. Сафонов, дирижер, педагог, возглавлявший Московскую консерваторию, потом — Национальную Нью-Йоркскую.