Pour « saigner à blanc », l'armée française, les Allemands lancent une offensive d'une grande ampleur, du 21 février au 18 décembre 1916, soit 300 jours et 300 nuits de combats continus. Les forts stratégiques de Douaumont (février 1916) et de Vaux tombent rapidement entre les mains des Allemands.
Nommé pour organiser la défense, le général Pétain met en place un système de rotation des troupes et fait ravitailler le front de manière continue par la route Bar-le-Duc–Verdun, surnommée la Voie Sacrée. À l'automne 1916, aidés par le déclenchement de la bataille de la Somme qui soulage le front, les Français arrivent à reconquérir les forts de Douaumont et de Vaux et à repousser les Allemands. Les combats s'achèvent le 18 décembre 1916 sur un retour global aux positions initiales.
Lors de cette bataille, 30 millions d'obus ont été tirés. Environ 20 villages de la région ont été entièrement rasés, dont 9 ne seront jamais reconstruits.
Les pertes totales sont de plus de 700 000 victimes (morts, disparus et blessés). Pertes françaises : environ 362 000 à 379 000 hommes. Pertes allemandes : environ 337 000 à 335 000 hommes.
Alfred Bapst, Eugène Lorentz, Charles Thalgott et Frédéric Woehrel périront à la bataille de Verdun.