Силы обеих сторон были развернуты в полосе более 400 километров от Черного моря до озера Ван. Турецкие соединения были в основном сосредоточены на Ольтынском и Сарыкамышском направлениях и надежно прикрывали кратчайшие пути к крепости Эрзерум — важнейшей базе снабжения войск, узлу транспортных коммуникаций северных областей Турции. Строя оборону, командование противника учитывало, конечно, что фланги армии в достаточной степени обезопасены горной местностью, малодоступной для активных крупномасштабных действий, особенно в зимних условиях.
Основная идея предстоящей операции, сформулированная на совещании 18 декабря генералом Юденичем, заключалась в прорыве обороны противника на трех направлениях — Эрзерумском, Ольтынском и Битлисском. Главный удар предусматривалось нанести в направлении Кепри-кей. Здесь предполагалось создать ударную группу в составе не менее 20 пехотных батальонов и 15 казачьих сотен. Ее действия поддерживались огнем 80-100 артиллерийских орудий.
Наступление ударной группы началось 30 декабря. Бои носили ожесточенный характер. Русские несли значительные потери, истощались резервы. Не в лучшем положении пребывали и турки. К вечеру 1 января русская разведка установила, что почти все части из резерва 3-й турецкой армии уже введены в сражение. Это говорило о том, что противник выдыхается.
5 января передовые части русских войск подошли к Хасан-кала. На следующий день они атаковали турецкий арьергард на ближних подступах к фортам эрзерумских укреплений. Было взято в плен около 2 тысяч аскер из 14 полков. Но овладеть Эрзерумом с ходу не удалось.
27 января командующий Кавказской армией подписал приказ о начале штурма. Для его проведения выделялось 88 батальонов, 70 сотен, 10 дружин ополчения, 4 саперные роты, 166 орудий, 30 полевых гаубиц, 16 осадных мортир. Русским противостояли примерно такие же силы противника, которые к тому же опирались на мощные фортификационные сооружения.
29 января соединения и части Кавказской армии заняли исходное положение. В 2 часа пополудни артиллерия открыла огонь по форту Чабан-деде. 1-й Кавказский корпус перешел в наступление в 20 часов, а 2-й Туркестанский — в 23 часа. За сутки туркестанцы овладели северной позицией Гурджибогазского прохода, а кавказцы захватили форт Далан-гез.
Кровопролитные бои развернулись за обороняемый отрядом подполковника И.Н. Пирумова форт Далан-гез. С рассвета 1 февраля турки сосредоточили по нему огонь более сотни орудий. Защитники оказались отрезанными от главных сил Кавказского корпуса. Всякие попытки подвести подкрепления и подать патроны кончались неудачей. И все же атакующего врага обороняющиеся встретили организованным ружейным и пулеметным огнем. Турки поспешно вернулись в исходное положение. Затем последовал еще ряд яростных атак при поддержке артиллерийских батарей. Таяли ряды защитников форта, кончились патроны. Шестую по счету атаку отбивали уже штыками.
Седьмую атаку отражать приготовились все, кто мог еще стоять на ногах. Подпустив противника вплотную, русские с криками «Ура!» бросились в штыковую. Турки отступили. В сумерках их свежие части повели восьмую атаку, против которой немногочисленные, оставшиеся в живых защитники вряд ли бы устояли. Спасение пришло неожиданно. Безвестный герой-солдат вовремя доставил боеприпасы на ослах. Враг, встреченный мощным залпом и пулеметным огнем, вновь отступил. Бой был выигран, хотя из 1400 нижних чинов и офицеров полутора батальонов 153-го пехотного полка осталось в строю около 300, из которых большая часть раненых. За ночь гарнизон форта был усилен, раненые эвакуированы.
День 1 февраля стал переломным в штурме турецких укреплений. 3 февраля русские ворвались в Эрзерум. Было захвачено около 300 орудий, пленено 137 офицеров и до 8 тысяч аскер. В тот же день во всех частях и подразделениях Кавказской армии был оглашен приказ, в котором выражалась благодарность ее командующего всему личному составу за мужественное выполнение своего воинского долга. Среди еще не погасших пожарищ Юденич лично вручал георгиевские награды отличившимся при штурме крепости воинам. Среди них были полковники Бабаев и Фисенко, подполковник И. Воробьев, штабс-капитан Запольский, поручик Вачнадзе, более 100 унтер-офицеров и солдат. Сам командующий был удостоен ордена Св. Георгия 2-й степени.
Почти без перерыва началось преследование остатков 3-й турецкой армии. Были заняты многие города и селения. 24 февраля конница генерала Баратова заняла Керманшах — важнейший центр Западной Персии. Но для дальнейших действий требовалась оперативная пауза.
Начатая 29 декабря 1915 года Эрзерумская наступательная операция в сущности завершилась. Она проводилась в полосе 300 км на горном театре военных действий. Кавказская армия пленила более 13 тысяч турецких солдат и офицеров, захватила 300 орудий (всю крепостную и значительную часть полевой артиллерии), 9 знамен, большие запасы продовольствия. Русские овладели единственным укрепленным районом в Малой Азии — крепостью Эрзерум. Приоткрывались ворота через Эрвинджан в Анатолию. «Этот успех, — отмечал начальник штаба Верховного главнокомандующего генерал М.В. Алексеев, — приобрел на Ближневосточном театре особую значимость на фоне неудач в ходе Дарданелльской операции и наступления англичан в Месопотамии».
В первых числах марта из Петрограда возвратился великий князь Николай Николаевич. Он передал генералу Юденичу глубокую благодарность императора, а также его пожелание дополнить достигнутый успех наступлением на Трапезунд.
Для решения этой задачи был сформирован Приморский отряд генерала Ляхова численностью 15 тысяч человек при 50 орудиях. Наступал он во взаимодействии с кораблями Батумской базы (линкор, 2 эсминца, 2 миноносца и несколько канонерских лодок), общее командование которыми осуществлял капитан 1 ранга Римский-Корсаков.
К 1 апреля русские вышли к укреплениям на реке Карадера. В Ризе и Хамургяне были высажены десанты в составе двух Кубанских пластунских бригад. Прорвав оборону, отряд через четыре дня занял оставленный противником Трапезунд.
Результаты последних наступательных операций союзники по Антанте (Россия, Англия и Франция) закрепили секретным соглашением в апреле 1916 года. В нем, в частности, отмечалось, что «…Россия аннексирует области Эрзерума, Трапезунда, Вана и Битлиса до подлежащего определению пункта на побережье Черного моря к западу от Трапезунда. Область Курдистана, расположенная к югу от Вана и Битлиса, между Мушем, Сертом, течением Тигра, Джезире-Ибн-Омаром, линией горных вершин, господствующих над Амадией и областью Мергевера, будет уступлена России, которая взамен признает собственностью Франции территории, заключенные между Ала-Дагом, Кесарией, Ак-Дагом, Ильдиз-Дагом, Зарой, Эгином, Харпутом. Кроме того, начиная от области Мергевера, граница арабского государства пойдет по линии горных вершин, отделяющих в настоящее время оттоманскую территорию от персидской…»
По согласованию с командованием Черноморского флота в портовом Трапезунде закладывалась морская база снабжения правого крыла Кавказского фронта. Ее прикрывал Платанский укрепленный район с прибывшими по морю двумя дивизиями из Мариуполя. Генерал Юденич на их основе сформировал 5-й Кавказский корпус. Впрочем, весьма своевременно.
10 апреля авиационная разведка обнаружила выдвижение крупных сил пехоты и конницы на Харпут. Как выяснилось позже, турецкое военное руководство решило вернуть Эрзерум. Однако русские и на этот раз оказались удачливее, упредив неприятеля. 5-й Кавказский корпус раньше нанес удар на Гюмюш-Хене, Эрзинджан. Сюда же нацеливался 2-й Туркестанский корпус. Стали активнее действовать 1-й и 4-й Кавказские корпуса. В итоге Байбурт, Килькит и Эрзинджан продержались недолго.
3 августа соединения 2-й турецкой армии под командованием Иззет-паши, имея в своем составе 7 дивизий, перешли в наступление на Огнот и Битлис. Они атаковали левый фланг 1-го Кавказского корпуса. В район Киги Юденич ускоренным маршем направил две пехотные дивизии только что сформированного 6-го Кавказского корпуса. Развернулись тяжелые встречные бои. Тесня противника, к началу сентября Кавказская армия вышла на рубеж Элхеу, Эрзинджан, Огнот, Битлис, озеро Ван. Здесь обе стороны и закрепились. Наконец-то возникла ожидаемая штабом генерала Юденича стратегическая пауза.
При разработке плана действий в предстоящей кампании 1917 года русское командование учитывало ряд важных обстоятельств, главным образом большую усталость войск и недостаток материальных запасов. Но оно даже не предполагало, что трудности наступают совсем с другой стороны…
Роковой для Российской империи 1917 год Кавказский фронт встретил в позиционном затишье. Небывало суровая и снежная зима чрезвычайно затруднила боевые действия. Подвоз продовольствия и фуража на отдельные участки стал невозможен. Войска голодали. Начались болезни и эпидемии. К тому времени потери войск фронта с начала войны только больными и умершими от ран превысили 100 тысяч человек, и они были физически неспособны вести крупномасштабные наступательные операции. Но успехи союзных английских войск на подступах к Багдаду вынуждал действовать и российское командование.