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戰爭開始後，德奧與俄國之間從波羅的海沿岸到羅馬尼亞邊境形成了第一次世界大戰的另一個主要戰場，即東線戰場。德國將作戰重心放在西線，戰爭開始時僅將第八集團軍放在東普魯土，加上一些防禦部隊，近30萬人防禦俄軍。
俄軍總參謀部計劃把主要兵力集中在波列西耶以南，對奧匈實施主要突擊，最終佔領維也納和布達佩斯。俄軍同時應集中80萬兵力，在動員的15天后立即開始進攻德國，以便把西線的德軍兵力吸引過來。
俄國同德國和奧匈帝國的邊界線長1100多公里。德國東普魯士由堡壘地帶拱衛，意在防止俄軍前進。德軍沿維斯瓦河上游構築了堅固的據點。穿過德國東部邊境就是5公里寬的馬祖裡湖，它成為限制俄國進攻道路的天然障礙。
為了防止德軍入侵，俄國使邊境地帶成為被森林和灌木從隔斷的半荒蕪狀態，未鋪砌的道路一下雨就變成一片泥漿。交通的惡劣造成俄軍運動不便，當俄軍經過這些地區，侵入東普獸士時，運輸和後勤供應的困難便明顯出現了。
戰爭爆發前，俄國參謀總長吉林斯基向法國保證，動員後兩星期，80萬俄軍就會做好戰鬥準備，隨時可投人戰鬥。德軍迅速佔領比利時後，英法聯軍在邊境戰役中連連敗退，西線局勢對協約國極為不利。法國政府向俄國要求緊急援助，俄軍統帥部決定在自己的軍隊尚未完全展開之前就積極行動，東普獸士戰役就是在這種情況下發生的。
俄軍在東普魯士方向佈置了兩個集團軍。第一集團軍司令連年坎普夫，第二集團軍司令薩松諾夫。兩個集團軍共有40多萬兵力，數量為東線德軍的兩倍。8月13日，俄軍統劑帥部命令第一、第二集團軍分從馬祖裡湖北南兩面進攻。
8月17日，連年坎普夫不等後勤系統動員完成，即率第一集團軍沿北邊越過國界，侵人東普魯士的領土，並擊退邊境德軍的反擊。兩天後，薩松諾夫率第二集團軍從南路越過邊界，侵入東普魯士。這個軍團同樣缺乏糧食的補給，而且必須越過沙漠前進，高階指揮官對敵人的情況毫無所知。
當年施裡芬制定在東線的戰略方針時，就預見到俄軍將會這樣發動進攻。他在計劃中規定，首先集中兵力打擊俄國第一集團軍，爾後利用優越的交通網，將部隊迅速西調，打擊俄國第二集團軍。
這個計劃十分出色而簡單，但在東普魯士統率德國第八集團軍的普里特維茨將軍臨戰時錯誤地分散了兵力，決定對俄軍第一集團軍進行正面攻擊而不是進行側翼攻擊。
8月20日，德國第/八集團軍的三個軍在古姆賓以南對俄國第一集團軍發動了一次協調得不好的進攻。
在俄軍優勢兵力的打擊下，德軍的進攻遭到失敗，損失了1萬多人，被迫向後撤退。
與此同時，俄國第二集團軍正向馬祖裡湖以西挺進，德國第/八集團軍腹背受敵，面臨被包圍的危險。普里特維茨見俄軍力量強大，向位於西線的毛奇報告，說他打算撤退到維斯瓦河以西，從而放棄整個東普魯士。
德國容克集團在東普魯士有大量地產，對俄軍的入侵有切膚之痛，紛紛向德軍統劑帥部要求加強東線，拒俄軍於國門之外。普里特維茨的指揮失誤和撤退遭到了激烈的攻擊。
基於這種情況，毛奇及時撤消了普里特維茨的指揮職務，任命退職軍人興登堡接替他為第八集團軍司令，同時任命在列日戰役中顯示出指揮才能的魯登道夫為參謀長。
興登堡和魯登道夫接到命令，立即乘坐專車迅速趕赴東普魯士前線。在上車之前，魯登道夫通知第八集團軍各軍的指揮官，他們可以按照戰場的實際情況作戰。
第八集團軍作戰處長霍夫曼根據戰場形勢，擬定了一個新的作戰計劃，即用鐵路和強行軍將第/八集團軍主力三個軍從古姆賓一線向南向西調動130公里，集中兵力打擊薩松諾夫，只留一個騎兵師牽制整個俄國第一集團軍。與德軍調整部署相反，俄軍統率部把最初的勝利當成全勝，認為德軍已逃往維斯瓦
河，戰役已經結束。在錯誤估計的影響下，連年坎普夫命令部隊休息整頓，沒有乘勝追擊，擴大戰果，給了德軍重新部署的機會。
而俄軍第二集團軍司令薩松諾夫在邊界地區取得小勝後，把對陣的德軍少量部隊當作主力，企圖把它壓向維斯瓦河下游，便貿然西進。這樣，俄國兩個集團軍隔著茫茫的馬祖裡湖沼澤地帶，陷入彼此孤立作戰的境地。
8月23日夜間，興登堡和魯登道夫來到前線指揮部。霍夫曼等軍官向他們詳細彙報了開戰以來的情況和新的戰役構想。
興登堡和魯登道夫進一步研究了行動計劃，決定以小部兵力迷惑、陽擊俄國第一集團軍，將主力調到右翼，力求全殲俄國第二集團軍。在進攻第二集團軍時，利用地形，以個軍阻擊中路，而將大部兵力進攻俄軍兩翼。
從8月24日開始，大批德軍透過高效率的鐵路運往100多公里外的西南方，有9個師以上的德軍在俄國第二集團軍的兩翼重新集結。而薩松諾夫仍向德軍故意削弱的中心進發，追擊“退卻”中的德軍。
8月26日，完成重新部署的德軍向俄國第二集團軍的兩翼展開猛烈攻擊，俄軍當天就被擊潰。俄軍中路的兩個軍不瞭解情況，仍盲目進攻。27日，德軍開始全力迂迴包抄俄軍中路。直到這時，薩松諾夫才感到局勢嚴重。8月28日夜，他匆忙下令撤退，但為時已晚，德軍包圍圈已經收縮。
俄軍中路在慌亂中撤退，道路被切斷，遇到重重困難，2日晚退至奈登堡東北的森林，被德軍團團圍住。被圍俄軍得不到援助，疲憊不堪，士氣沮喪，在失望的混亂中幾次突圍，都被德軍打退。
薩松諾夫見大勢已去，於29日夜間開槍自殺。30日，代行集團軍司令職務的第十三軍軍長克留切夫率一些部隊投降，其餘部隊大部被滅。
戰場上到處是飢餓和迷亂的俄軍。俄軍在這場戰鬥中有9萬人被俘，3萬人傷亡，2名軍長被俘。10天前進人德國領土的一個龐大的俄國集團軍就這樣徹底被消滅了。
當兩軍酣戰之際，擔任阻擊俄國第一集團軍的德軍，利用俄軍指揮上的猶豫不決，採用了疑兵之計。白天大隊兵馬堂皇地向陣地前進，以迷惑俄軍，夜間又悄悄退回原地。第二天，同一支部隊又向陣地前進
這樣的軍隊運動，使連年坎普夫誤認自己正面德軍強大，不敢輕舉妄動。後來，俄國第二集團軍的覆滅暴露了德軍主力所在，但連年坎普夫仍末醒悟，畏縮不前，再次喪失與德軍決戰的時機。
8月31日，德軍留下少量兵力追擊俄軍潰散部隊，主力轉身北進，開往馬祖裡湖中部及湖北一帶對付俄國第一集團軍。興登堡和魯登道夫利用幾天時間迅速部署了第八集團軍，並制訂了新的作戰方案，計劃以正面攻擊咬住俄國第一集團軍，同時透過湖區間隙迂迴俄軍左翼。
9月2日，德軍從西線調來的兩個軍到達東線。德軍在俄軍正面擺開決戰的架式，虛張聲勢，而集中力量向俄軍左翼發動大規模進攻。俄軍利用深溝高壘的塹壕頑強作戰；在正面一次又一次地打退了德軍的攻擊。德軍在陣地上死傷累累，毫無進展。
9月6日，德軍主力在馬祖裡湖區包抄了俄軍左翼，以優勢兵力粉碎了俄軍的抵抗，迅速向前突進。連年坎普夫見大勢不妙，於9月9日深夜下令全軍總撤退，並命令兩個師實施反擊以掩護撤退。俄軍及時退卻避免了全軍覆沒的命運，而奉命進行反擊的兩個師俄軍阻滯了德軍，為俄軍退卻贏得了時間。
9月11日，德軍攻下了俄國第一集團軍司令部所在地因斯特爾堡，並將俄軍趕出東普魯士邊境。德軍為了擴大戰果，儘量削弱俄軍，以便贏得時間，騰出兵力，支援在加里西亞敗退的奧匈軍隊，因而晝夜不停地追擊俄軍。
德軍越過東普魯士邊境後，繼續追擊。從9月18日到21日，俄國第一集團軍退守涅曼河，第二集團軍殘餘部隊退守那羅夫河，組成了新的防線。
這次戰役，俄國第一集團軍傷亡共達14.5萬人，加上第二集團軍被殲兵力，俄軍損失達3萬人左右。東普魯士戰役以俄國失敗而告終。德軍給俄軍重大打擊後，由於兵力所限，為了便於防禦，退守國境線一帶。
在東普魯士戰役中，俄軍在兵力上佔絕對優勢，但由於指揮的無能，處於被動挨打的局面。德國雖取得這次勝利，但為取得這一區域性勝利而增兵東線，不僅導致了馬恩河戰役的失敗，也深深陷入兩線同時作戰的不利處境。
