Planów monarchii trialistycznej nie udało się zrealizować. 28 czerwca 1914 austriacki następca tronu arcyksiążę Franciszek Ferdynand został zamordowany podczas wizyty w Sarajewie. Zamachu dokonała nacjonalistyczna organizacja Serbów bośniackich Młoda Bośnia. Cesarstwo, które straciło wcześniej większość swych posiadłości w Północnych Włoszech, stanęło w obliczu groźby utraty części terytoriów zamieszkanych przez Słowian Południowych na rzecz Serbii. Cesarz Franciszek Józef, wspierany przez swych niemieckich sojuszników, postanowił uderzyć na Serbię nim ta zdoła doprowadzić do rewolucji i powstania. Zabójstwo Arcyksięcia Franciszka Ferdynanda potraktowano jako wygodny pretekst. Rząd w Belgradzie otrzymał bardzo daleko posunięte ultimatum, które oskarżało Serbię o dawanie schronienia organizacjom terrorystycznym. W ultimatum cesarstwo domagało się, oprócz ukarania winnych morderstwa arcyksięcia, zamknięcia antycesarskich organizacji i publikacji, wyeliminowania antycesarskich książek i nauczycieli ze szkół, czystek podejrzanych oficerów i urzędników państwowych, i udziału reprezentantów Austrii w oficjalnym dochodzeniu. Gdy serbski parlament po długiej debacie odmówił przystania na żądania Austro-Węgier, oba państwa znalazły się w stanie wojny. Wydarzenia na linii Wiedeń-Belgrad stały się iskrą zapalną I wojny światowej. Rosja postanowiła wystąpić w obronie interesów Słowian i zarządziła generalną mobilizację swej armii. Jej odwołania zażądały Niemcy, a gdy ich żądania nie zostały spełnione, także i to państwo włączyło się do wojny. Wkrótce po stronie Rosji opowiedziały się, związane z nią sojuszem, Francja i Wielka Brytania. Armia austro-węgierska początkowo odniosła, w czasie ofensywy wyprzedającej, sukcesy w bitwach pod Kraśnikiem i Komarowem, jednak przytłaczająca przewaga liczebna armii rosyjskiej spowodowała konieczność odwrotu po przegranych bitwach na przedpolach Lwowa. Złotymi zgłoskami zapisała się obrona Twierdzy Przemyśl dowodzonej przez gen. Kusmanka. W ciężkich zimowych walkach w Karpatach Wschodnich i w rejonie Przemyśla obie strony poniosły olbrzymie straty. Dość szybko jednak Austro-Węgry przeszły do kontrataku. Po sukcesach niemieckich w Kongresówce i bitwie pod Gorlicami, Austrii udało się odebrać Galicję Wschodnią (w maju 1915), a następnie po bitwie pod Caporetto powstrzymać natarcie Włoch. W końcu, przy pomocy Niemiec, CK Armii udało się zająć praktycznie całą Rumunię, spore połacie Rosji i większą część Serbii, jednak ani pokonanie tej ostatniej, ani doprowadzenie do pokoju z Włochami nie powiodło się. Zwycięstwa te nie zmieniły zasadniczo sytuacji militarnej Austro-Węgier, które musiały prowadzić wojnę na trzech frontach. Na froncie włoskim obie strony straszliwie się wykrwawiały, co wpływało na pogorszenie nastrojów społeczeństwa i, zauważalny we wszystkich uczestniczących w wojnie armiach, spadek morale.