Vuoden 1906 jälkeen Venäjä joutui jonkin aikaa harjoittamaan varovaista ulkopolitiikkaa saadakseen aikaa toteuttaa uudistuksia kotimaassaan, kunnostaa armeijaansa ja rakentaa uudelleen hajonnut laivastonsa. Se pyrki näihin tavoitteisiin valtavien ranskalaisten lainojen avulla, joiden ehtona oli ranskalais-venäläisen liiton vahvistaminen sekä diplomaattisessa että sotilaallisessa mielessä.
Venäjän ollessa poissuljettu vakavasti otettavana toimijana Itä-Aasiassa, Venäjä kiinnitti paljon enemmän huomiota Balkanin asioihin, joissa Habsburgien monarkian ja Osmanien valtakunnan haavoittuvuus synnyttivät yhä epävakaamman tilanteen. Sitä paitsi oktobristit ja monet duumassa hallitusta tukeneet oikeistolaiset olivat hyvin kiinnostuneita alueen slaavilaiskansojen kohtalosta ja kannattivat Venäjän aktiivisempaa tukea niille.
Venäjän ulkoministeri Aleksandr Petrovitš Izvolski yritti heikossa asemassa ja kotimaasta tulevan painostuksen alaisena tehdä Itävallan virkaveljensä Alois kreivi Lexa von Aehrenthalin kanssa sopimuksen, jonka mukaan Itävalta miehittäisi Bosnia ja Hertsegovinan (jossa se oli käyttänyt nimellistä suvereniteettia vuodesta 1878 lähtien) vastineeksi siitä, että se sallisi salmiessopimuksen tarkistamisen, joka antaisi Venäjälle mahdollisuuden tuoda sotalaivojaan Mustalta mereltä, jos se olisi sodassa mutta Turkki ei. Myöhemmin syntyi erimielisyyttä siitä, mitä oli sovittu, ja Itävalta miehitti Bosnia ja Hertsegovinan yksipuolisesti tekemättä Venäjälle mitään vastavuoroisia myönnytyksiä. Venäjä protestoi, mutta ei saanut mitään aikaan, koska Saksa asettui yksiselitteisesti Itävallan taakse.
Izvolskin oli tämän julkisen nöyryytyksen jälkeen erottava, ja hänen seuraajansa Sergei Dmitrijevitš Sazonov ryhtyi rakentamaan Itävallan vastaista blokkia Balkanin valtioista, Turkki mukaan lukien. Tämä epäonnistui, mutta sen sijaan Venäjä pystyi tukemaan Serbian, Kreikan, Bulgarian ja Montenegron liittoa, joka menestyi ensimmäisessä Balkanin sodassa Turkkia vastaan (1912-13). Tämä näytti enteilevän Venäjälle suurempaa vaikutusvaltaa Balkanilla. Itävalta kuitenkin reagoi vaatimalla, että äskettäin laajentuneelta Serbialta kiellettäisiin pääsy Adrianmerelle perustamalla uusi Albanian valtio. Venäjä tuki Serbian toivetta Adrianmeren satamasta, mutta Euroopan suurvallat päättivät Itävallan hyväksi. Balkanin liitto hajosi, ja Serbia ja Kreikka taistelivat Turkin puolella toisessa Balkanin sodassa (1913). (Katso myös Balkanin sodat.)
Erkkiherttua Franz Ferdinandin murha kesäkuussa 1914 ja sitä seurannut Itävallan Serbialle asettama uhkavaatimus asettivat näin Venäjän hyvin vaikeaan tilanteeseen. Jos Venäjä antaisi Serbian pettää ja antautuisi jälleen kerran Itävallan painostukselle, sitä ei enää otettaisi vakavasti Balkanin asioihin osallistuvana osapuolena ja sen arvovalta Euroopan suurvaltana vaarantuisi vakavasti. Vaihtoehtona oli Balkanin konfliktin kärjistyminen niin pitkälle, että Saksa tulisi Itävallan taakse ja siitä seuraisi yleinen eurooppalainen sota. Ajan mittapuulla ymmärrettävästi Venäjä valitsi toisen vaihtoehdon. Nikolai II toivoi, että mobilisoimalla vain ne joukot, jotka sijaitsivat hänen ja Itävalta-Unkarin rajalla, hän voisi välttää sekä Saksan väliintulon että maailmansodan kärjistymisen. Tuloksena oli kuitenkin ensimmäinen maailmansota ja monarkian tuhoutuminen vuonna 1917.
Sodan puhkeamisen välitön vaikutus oli monarkian yhteiskunnallisen tuen vahvistuminen. Duuma salli istuntojensa keskeyttämisen muutamaksi kuukaudeksi, ja useita vapaaehtoisia järjestöjä syntyi tukemaan sotatoimia. Zemstvo- ja kuntaliittoja perustettiin koordinoimaan lääkinnällistä apua, tarvikkeita ja kuljetuksia. Suurimpiin kaupunkeihin ja joihinkin maakuntiin perustettiin epävirallisia sotateollisuuskomiteoita, jotka kokosivat yhteen paikallisten viranomaisten, osuuskuntien, kauppiaiden, teollisuudenharjoittajien ja työläisten edustajia neuvotellakseen keskenään talouden painopisteistä. Näitä täydennettiin kesällä 1915 hallituksen tukemilla erityisneuvostoilla puolustuksen, liikenteen, polttoaineen ja elintarvikehuollon aloilla. Kansalaisyhteiskunta näytti kypsyvän ja monipuolistuvan kansallisen hätätilan seurauksena.
Vuonna 1914 ranskalais-venäläinen liitto osoittautui arvokkaaksi. Saksan armeija olisi voinut murskata joko Ranskan tai Venäjän yksin, mutta ei molempia yhdessä. Venäjän hyökkäys Itä-Preussiin elokuussa 1914 epäonnistui: kahdessa epäonnistuneessa taistelussa lähes 150 000 venäläistä jäi vangiksi. Hyökkäys sai kuitenkin saksalaiset vetämään joukkojaan länsirintamalta ja mahdollisti näin ranskalaisille voiton ensimmäisessä Marnen taistelussa (6.-12. syyskuuta 1914). Turkin liittyminen sotaan Saksan puolella oli suuri takaisku, sillä se loi uuden rintaman Kaukasukselle (jossa Venäjän armeijat pärjäsivät melko hyvin), mutta sulkemalla salmet se myös vähensi valtavasti tarvikkeita, joita liittoutuneet pystyivät toimittamaan Venäjälle. Britannian ja Ranskan kampanjan epäonnistuminen Dardanelleilla ja Bulgarian liittyminen sotaan Saksan puolella merkitsivät sitä, että etelästä ei voinut tulla helpotusta.
Kun keskusvallat aloittivat keväthyökkäyksen vuonna 1915, Venäjän armeijalla oli siis jo pulaa ammuksista. Saksalaiset ja itävaltalaiset pystyivät miehittämään koko Puolan ja aloittamaan etenemisen läntisiin maakuntiin ja Itämeren alueelle, mikä synnytti pakolaistulvan, joka pahensi jo ennestään vakavaa kuljetustilannetta.
Vuoden 1915 sotilaalliset vastoinkäymiset ja erityisesti ampumatarvikepula synnyttivät duumassa ja valtioneuvostossa voimakkaan mielipidevyöryn, joka kannatti pyrkimystä pakottaa hallitus vastaamaan paremmin yleiseen mielipiteeseen. Valtioneuvoston keskusta ja vasemmisto yhdistyivät kaikkien duuman keskustapuolueiden kanssa maltillisista oikeistopuolueista kadetteihin ja muodostivat edistyksellisen blokin. Sen tavoitteena oli saada aikaan ”yleisön luottamusta nauttiva hallitus”, jonka ministerit valittaisiin mahdollisuuksien mukaan osittain lainsäädäntökamareista. Blokki vaati laajaa poliittista uudistusohjelmaa, johon kuului poliittisten vankien vapauttaminen, uskonnollisten vähemmistöjen syrjinnän kumoaminen, juutalaisten vapauttaminen, Puolan itsehallinto, talonpoikien jäljellä olevien oikeudellisten esteiden poistaminen, ammattiyhdistysten vastaisen lainsäädännön kumoaminen ja paikallishallinnon demokratisointi. Tätä ohjelmaa kannatti kahdeksan ministeriä, ainakin neuvottelupohjana, mutta ei pääministeri Ivan Logginovitš Goremykin, joka piti sitä yrityksenä horjuttaa itsevaltiutta.
Keisari ei myöskään hyväksynyt edistysblokkia. Nikolain mielestä vain itsevaltainen monarkia saattoi ylläpitää tehokasta hallintoa ja välttää yhteiskunnallisen vallankumouksen ja monikansallisen keisarikunnan hajoamisen. Hänellä oli aivan toisenlaisia käsityksiä siitä, miten kriisiin tulisi suhtautua. Elokuussa 1915 hän ilmoitti ottavansa henkilökohtaisesti armeijan komentoonsa ja jättävänsä keisarinnan johtamaan hallitusta. Hän muutti sviittinsä kanssa Valko-Venäjällä sijaitsevaan Mogiljoviin, jossa hän pysyi vallankumoukseen asti. Hänellä oli kuitenkin vain seremoniallinen rooli, ja hän antoi armeijan esikuntapäällikön, kenraali Mihail Vasiljevitš Aleksejevin, toimia todellisena ylipäällikkönä. Seuraavien kuukausien aikana Nikolai erotti kaikki kahdeksan ministeriä, jotka olivat tukeneet edistysblokkia. Vaikka hän ei kyennyt toimimaan koordinoivassa roolissa, joka oli niin elintärkeä hallituksen toiminnan kannalta, hän vaati silti, että hän oli itsevaltias, säilytti ylimmän vallan omissa käsissään ja esti kyvykkäitä ministereitä koordinoimasta hallituksen hallintoa ja sotatoimia. Hän määräsi kaukaa käsin toistuvia turhia ministerivaihdoksia (joita ilkeät juorut kutsuivat ”ministerihyppelyiksi”), osittain vaimonsa ja Rasputinin vaikutuksesta. Jopa uskolliset monarkistit olivat epätoivoisia tilanteen suhteen, ja joulukuussa 1916 Rasputin murhattiin salaliitossa, johon jotkut heistä osallistuivat.
Sotilaallinen tilanne parani huomattavasti vuonna 1916. Puolan ja Baltian rintamat vakautettiin, ja vuonna 1916 kenraali Aleksei Aleksejevitš Brusilov aloitti menestyksekkään hyökkäyksen Galitsiassa, otti lähes 400 000 itävaltalaista ja saksalaista vankia ja valloitti Tshernovtsin (Czernowitz).
Viimein sodan taloudelliset vaikutukset osoittautuivat liikaa hallitukselle. Ampumatarvikepulan aiheuttama järkytys sai aikaan osittain onnistuneen teollisuuden uudelleenjärjestelyn, jossa keskityttiin sotilastuotantoon, ja vuoden 1916 lopulla armeija oli paremmin varustettu kuin koskaan aikaisemmin. Mutta elämä kotirintamalla oli synkkää. Saksan ja Turkin saarto tukahdutti suurimman osan tuonnista. Elintarvikehuoltoon vaikutti lukuisten talonpoikien kutsuminen palvelukseen ja kuljetusten ohjaaminen muihin tarpeisiin. Sodan rahoittamiseen liittyvät rasitteet aiheuttivat kiihtyvää inflaatiota, jossa tavallisten työläisten palkat eivät pysyneet mukana. Lakot alkoivat kesällä 1915 ja lisääntyivät seuraavan vuoden aikana, saivat yhä enemmän poliittisen sävyn ja huipentuivat valtavaan lakkoon, joka keskittyi Petrogradin Putilovin aseistus- ja veturitehtaalle (nimi, joka oli annettu Pietarille elokuussa 1914) tammikuussa 1917. Hallitus pahensi tilannetta pidättämällä kaikki sotateollisuuden keskuskomitean työväenryhmän jäsenet.
Helmikuun (maaliskuun, uuden tyylin) vallankumous (ks. Venäjän vuoden 1917 vallankumous) sai alkunsa pääkaupungin ruokajonoista, joissa alettiin vaatia itsevaltiuden lopettamista. Pian useimpien suurimpien tehtaiden työntekijät liittyivät mielenosoituksiin. Ratkaiseva käännekohta tuli, kun väkijoukkoja hajottamaan kutsutut kasakat kieltäytyivät tottelemasta käskyjä ja kaupungin varuskunnan joukot kapinoivat ja siirtyivät kapinallisten puolelle. Työläiset ja sotilaat ryntäsivät luomaan uudelleen vuoden 1905 muistamansa instituution, työläisten ja sotilaiden edustajien neuvoston. Pian heidän esimerkkiään seurattiin monissa muissa kaupungeissa ja armeijan yksiköissä kaikkialla valtakunnassa. Sotatoimia heikentävän sisällissodan uhan edessä sotilaallinen ylijohto hylkäsi mieluummin Nikolai II:n toivoen, että duuman johtajat hillitsisivät vallankumousta ja huolehtisivat tehokkaasta sisäisen rintaman johtamisesta.
Petrogradin neuvostojen ja duuman välisellä sopimuksella muodostettiin väliaikainen hallitus, jota johti ruhtinas Georgij Jevgenjevitš Lvov (Zemstvo Unionin puheenjohtaja) ja joka koostui pääasiassa kadeteista ja oktobristeista, vaikka Aleksandr Fjodorovitš Kerenski liittyi siihen trudovikeista. Maaliskuun 2. päivänä (15. maaliskuuta uuden tyylin mukaan) tämän hallituksen lähettiläät saapuivat Pihkovaniin, jossa keisari oli juuttunut junaansa yrittäessään päästä Petrogradiin. Hän saneli heille luopumisensa vallasta ja lopetti näin 300-vuotisen Romanovin dynastian.
Hugh Seton-Watson Geoffrey Alan Hosking Dominic Lieven