24 ноября 1916 г. был образован Румынский фронт, номинально возглавлявшийся королём Румынии Фердинандом, помощником его (и реальным командующим) стал генерал от кавалерии В.В. Сахаров. В состав Румынского фронта первоначально входили следующие русские оперативные объединения: 4-я (VII, VIII и XXX армейские корпуса, три кавалерийские дивизии), 6-я (IV Сибирский армейский, IV и XLVII армейские, III и VI конные корпуса, казачья дивизия) армии (XXIX армейский корпус и ещё одна дивизия — резерв фронта). Образование нового фронта привело к постепенной переброске (считая и русскую 9-ю армию) 15 армейских (35 дивизий) и трёх конных (13 дивизий) корпусов.
Действия русской армии позволили реанимировать Румынский фронт, спасти союзную армию, и хоть новый ТВД приковал к себе 25 % русской действующей армии (т. е. около 2 млн. человек), он помог оттянуть и значительные силы Германского блока (совокупные силы четырёх держав — Германии, Австро-Венгрии, Турции и Болгарии).
Намечая проведение Эрзерумской операции (28 декабря 1915 г. — 3 февраля 1916 г.), командующий Кавказской армией генерал от инфантерии Н.Н. Юденич, по сути, предвосхитил стратегическую идею Брусилова.
Чтобы турки не увидели направления главного удара и не смогли произвести каких-либо перебросок с остальных участков обширного фронта, намечалось следующее: одновременно с переходом в наступление II Туркестанского (демонстрация) и I Кавказского (главный удар — силами 4-й кавказской стрелковой дивизии, Сибирской казачьей бригады и 1-го кавказского мортирного дивизиона) армейских корпусов проявить большую активность и на фронтах Приморского отряда (батумское направление), IV Кавказского армейского корпуса (эриванское), Ван-Азербайджанского отряда (ванское и урмийское) и экспедиционного корпуса в Персии (на керманшахском). Каждый командир корпуса считал, что решает главную задачу.
Уже к 31 декабря турки израсходовали свои резервы. В итоге, русские части (4-я кавказская стрелковая дивизия) вышли в тыл противника, и 4 января 1916 г. турецкие войска начали отходить к Эрзеруму. Был осуществлён чрезвычайно трудный переход через заснеженные горы, и 7 января русские части вышли к хребту Деве-бойну. 20 января они начали штурм Эрзерума (первоклассной крепости, усиленной германскими специалистами), и 3 февраля после 5-дневного штурма крепость, считавшаяся неприступной, была взята. Бои носили очень напряжённый характер, турки переходили в контратаки, бойцы с обеих сторон проявляли массовую отвагу.
Потери русской армии составили: офицеров 64 убитыми и 336 ранеными и контуженными, солдат — 2275 убитыми и 14460 ранеными, обмороженными и контуженными.
В ходе Эрзерумской операции были пленены свыше 300 офицеров, более 20 тыс. турецких солдат, трофеями стали более 450 орудий. 3-я турецкая армия потеряла более половины личного состава, почти всю артиллерию, многие части прекратили своё существование.
Взятие Эрзерума — один из немногих продемонстрированных в Первой мировой войне примеров законченной операции, тщательно продуманной, спланированной и реализованной. Относительно неё авторы британской официальной истории войны отмечали, что «единственной армией, которая наилучшим образом могла бы справиться с тяжёлыми условиями и победить — была русская… Мощь этой армии, помимо стратегических и организаторских способностей генерала Юденича, явилась важнейшим фактором успешной реализации боевой задачи». Взятие считавшихся неприступными позиций Деве-Бойну явилось «подвигом, даже союзниками России воспринятым с удивлением, и произведшим тягостное впечатление в Берлине, к тому же операция была проведена в один из худших зимних месяцев, в условиях снега, льда и с учётом… прочих трудностей». Турецкое командование лишилось крупнейшей базы проведения операций. Но «главная ценность захвата Эрзерума, помимо морального и политического эффекта, заключалась в использовании города в качестве новой базы на стыке всех наиболее важных дорог, результатом чего было разрушение связности и монолитности всего турецкого фронта»[107].
Важнейшим итогом операции стало овладение русскими единственным укреплённым пунктом турок в Малой Азии — крепостью Эрзерум, что потребовало срочной переброски противником подкреплений в Армению со всех театров военных действий, чем было облегчено положение английских войск в районе Суэцкого канала и в Месопотамии. К середине 1916 г. на Кавказском фронте, помимо 3-й армии, турки были вынуждены сосредоточить 2-ю армию, переброска которой производилась по Багдадской железной дороге.