潛艇的優勢在於潛伏水下，祕密行動。公然的警告並攔截商船使德國潛艇很容易暴露目標，也因此會受到英國戰艦，特別是來自Q型船的攻擊。
1915年2月4日，爲了更有效的打擊協約國的商船，並保護本國潛艇，德國宣佈在英國和愛爾蘭周圍水域執行無限制潛艇戰政策，就是將這些區域劃爲戰爭地帶，任何進入該區域船隻都將被擊毀，不予警告。
儘管德軍承諾儘量避免擊沉中立國船隻，但由於擔心Q型船的出沒，德國潛艇的艦長們得到指示，保證潛艇安全才是第一要務。因此，誤襲也就在所難免，德國人希望這樣的威脅可以嚇阻中立國的船隻進入英國的水域。
英國對德國的無限制潛艇戰大做宣傳，譴責德國漠視文明國家的戰爭法。但中立國家卻認爲英國沒收船上全部貨物的做法也並沒好到哪裏去。德軍的潛艇不斷地擊毀協約國商船，他們感覺自己手中掌握了一種決定性的武器。
1915年5月1日，冠達海運公司的客輪盧西塔尼亞號掛着英國國旗離開紐約開往利物浦港六天後，在西南愛爾蘭外的海域，該船被德國U20潛艇發射的一枚魚雷擊沉。包括124名美國人在內的1198人喪身大海。美國曾經對英國扣留中立國船隻貨物的做法非常不滿，但此時它立即和英國站在一起，對這場慘劇做出激烈的反應。但是，經過查實，盧西塔尼亞號上的確攜帶有彈藥等違禁貨物。所以，美國沒有因此對德國宣戰。
無限制潛艇戰一直延續到1915年底，直接導致了 130萬噸的貨物損失，其中百分之六十五是英國的。
1915年8月，德國潛艇擊沉了美國“阿拉伯”號商船。越來越多的美國公民的傷亡迫使美國政府採取強硬立場，美國總統伍德羅威爾遜嚴正抗議德國人的行爲，聲稱如果德國不停止無限制潛艇戰，美國將斷絕與德的外交關係。因爲擔心美國參戰，德國不得不在大西洋和北海停止了無限制潛艇戰。德國潛艇轉向了美國船隻較少光顧的地中海地區。德國第一次無限制潛艇戰告一段落。
1916年的戰況給了包括德國在內的每一個交戰國以更大的壓力。英國對德國的封鎖也日漸嚴密，德軍在凡爾登耗盡法國元氣的計劃落了空，加上在索姆河與英軍的慘烈會戰，大大消耗了德國的軍事實力。很多人懷疑德國是否經得起又一年的消耗戰，到了1916年8月，德國政府和最高指揮部又開始重新審議無限制潛艇戰的問題了。
德國海軍參謀部認爲，只要有足夠的潛艇，就能夠封鎖英國的貿易，最終逼迫它求和。德國建造潛艇的速度大大加快了。但是德國最大的顧慮是美國可能因此對德宣戰。如果美國參戰，形勢對德國將十分不利。但，德國人選擇了冒險。
1917年2月1日，無限制潛艇戰重新開始。德國開始潛艇戰的兩天之後，威爾遜總統正如他一年前警告的那樣，斷絕了與德國的外交關係。德國的大型遠洋潛艇把基地設在德國北海的港口。短程的沿岸潛艇把基地設在比利時的港口。
1917年2月到3月間，德國潛艇擊沉了至少500艘船隻，東大西洋和北海的中立國船運量減少了百分之七十五。艦船被擊沉的數量大增一方面是因爲新制造的潛艇能攜載原來兩倍的魚雷。另一方面是英國皇家海軍進攻戰術僵化，進攻的巡邏船隻被派出肅清主要航道，而德國潛艇就潛伏在主航道邊緣水域，等巡邏艇一過，就過來向它們的獵物發起進攻。
儘管潛艇裏的條件非常惡劣，尤其是電池會釋放難聞的氣味，但德軍艇員的士氣還是隨着每一次勝利而高漲。一些德國潛艇取得了令人瞠目結舌的戰績。等他們凱旋迴到基地，就成了民族英雄。這在25年後第二次大西洋海戰中還會被重演。
如果商船損失繼續下去，英國不久就會鬧饑荒。爲了防止這種災難發生，必須實行嚴格的食物配給制。甚至在歐洲大陸西線作戰的部隊也被提醒不要浪費糧食。德國潛艇的威脅加上持續損失慘重的地面戰僵局使得英法兩國在1917年年初的日子都很不好過。
1917年4月2日，德國沒有絲毫停止潛艇戰的跡象，威爾遜總統同時向美國參衆兩院發表演講，認爲美國不能繼續袖手旁觀了。兩院都以絕對多數通過了總統的倡議。
1917年4月6日，美國正式對德宣戰。美國海軍可以幫助消除德國潛艇的威脅了。
消除潛艇威脅的主要方案就是將商船集中起來組成編隊，進行武裝護航。在以前的戰爭中護航行動被證明非常有效，在第一次世界大戰中卻一度被認爲過於保守，難於組織。但這種方法的效果很快又被證明了。1917年7到8月間，800艘編隊的商船隻損失了5艘。
1918年3月到10月間，英美使用更先進、更有威力的水雷，共同佈置了一個巨大的雷區。從蘇格蘭以北的奧克尼羣島一直延續到挪威的領海，一共布了7萬多枚水雷，北部的雷區使得德國潛艇要進入大西洋更爲困難。
1918年4月，爲阻止德國潛艇利用比利時沿岸的澤布勒赫港發動進攻，英國的巡洋艦隊襲擊了那裏，當時停放在港口的三艘德國封鎖船被擊沉。但是，德國的主力護航巡洋艦馮迪克第夫號僥倖地返回了基地。
英國的軍艦經常對德國沿岸進行炮擊。英軍使用了淺水重炮艦，這種炮艦實際上是一個搭載大型火炮的平臺，能直接與德國沿岸炮臺上的火炮交火。
1918年初，英美海軍基本解除了德國潛艇的威脅。這不僅對英國的存亡有着重大意義，而且使得美國部隊能夠跨越大西洋登陸法國作戰，最終挽救了協約國的命運。
協約國對同盟國的封鎖已經越來越緊密了。英國本土艦隊和美國大西洋艦隊合起來的強大實力很快讓德國的公海艦隊放棄了與盟軍在海上決戰的念頭。
1918年夏季，盟軍贏得了海上戰爭的勝利。
中立國的變故
戰爭中，中立國的參戰對戰局有十分重大的影響。無限制潛艇戰是美國參戰最直接的原因。在戰爭中，保證中立國的利益是難辦的。可以開出空頭支票，向中立國許諾戰後賠償。也可以在事後賠償一部分，餘下部分戰後賠償。留出一個狹窄的通道，讓中立國的船隻經檢查後才能通過。在當代戰爭中，無限制的局部戰爭是難免的，但精確戰爭的效果會更好。精確戰爭是防止中立國參戰最好的辦法。
