自6月24日起，英、法军进行了7天的炮火准备，7月1日晨7时半步兵在炮火支援下发起进攻。当天法军和主攻方向上的英军都突破了德军第一道阵地，但英军左翼则毫无进展。
英军以密集队形前进，遭到德军机枪和炮兵火力的严重杀伤，第一天即伤亡近6万人。英军右翼和法军占领了德军第二道阵地，德军利用对方进攻的间歇迅速调集兵力，加强纵深防御并在一些地段上实施反击。
英、法军于7月中、下旬再度发起进攻，南岸法军占领了第三道阵地，但未能发展为战役突破。英军32个师、法军26个师第三次发起进攻，截至12日向德军纵深只推进了2～4公里。英军在进攻中首次大规模使用坦克，共出动69辆，可实际参加战斗的只有38辆（被德军击毁31辆），步兵的进攻速度因而有所增加，当天占领了第三道阵地的几个要点。随后在9月下旬和11月的进攻中，英军又两次大规模使用坦克，但数量相对较少，收效不大。
这场战役是协约国在1916年总战略进攻计划的一部分。计划拟定的内容是：在福煦将军的统一指挥下，法国法约勒将军的第6集团军和英国罗林森将军的第4集团军，负责突破囤驻在富科库尔、埃比泰讷（40公里）地区的德国冯·贝洛将军之第2集团军的防御阵地；并运用骑兵兵团向法军负责的佩罗讷、莫伯日和英军负责的巴波姆、康布雷等地打开突破口。
英、法联军共有32个步兵师和6个骑兵师，2189门火炮，1160门迫击炮，约300架飞机；德国第2集团军则有8个步兵师，672门火炮，300门迫击炮和114架飞机。德军防御由3道阵地组成，全纵深为7～8公里。双方准备了5个多月，首先进行7天的炮击，虽然几乎完全摧毁德军第一阵地，部分摧毁第二阵地，但失去了进攻作战在战术上应保持的主动性。
英国第4集团军从马里库尔至埃比泰恩25公里正面向巴波姆方向实施主要突击，由英国第3集团军第7军在其左翼掩护；法国第6集团军从罗西耶尔以北索姆河两岸向佩罗讷方向实施辅助突击。当日，法军和英军右翼突破德军第一道阵地，但英军左翼为德军壕沟阵地所阻。
英军采用密集队形突击，遭德军马克沁机枪的强大火力杀伤，损失近6万人。7月2～3日，英军右翼和法军攻占德军第二道阵地，法军一度占领巴尔勒、比阿什等德军防御要地。此后数日，由于德军投入预备部队以及英、法联军本身在突破战术和指挥调度方面存在着严重缺点（主要是对各地区的突击规定繁琐，限制了军队的主动性等），以致推进缓慢。
这样环境中德军指挥部又投入新一波预备部队，为便于指挥，特意将第2集团军分编为由贝洛将军指挥的第1集团军和加尔维茨将军指挥的第2集团军。并在防御上加长纵深，构筑了补充防御地区。
7月中旬，英、法联军仅向前推进数公里，未达成作战的预期目标。
7月底至8月中旬，英、法联军将其部队增强至51个师、飞机增加至500架；而德军增加到31个师、飞机增到300架，由于作战的迟缓、胶著，遂转变成为消耗战。
9月3日起，法国米舍莱将军的第10集团军、英国加夫将军的第5集团军分别投入战斗，战场正面范围扩大到50公里宽的战线。德军增强至40个师，又不停加强阵地的防御工事。因此英、法军队的推进速度平均每昼夜仅有150～200米。
大规模的坦克进攻对守备方的德国步兵产生了心理震撼，使他们放弃阵地不战自退。但由于坦克的技术与装备尚未完善，加上战线宽广，仍然没有达成打开突破口的作战目标。战术层级的运用成功并未能引导作战胜利。虽然英军后来又使用了两次坦克，但同样收效不大，不过这让德军开始学习如何对付敌方这个庞然巨物。
这场战役的结果非常明显，因为进入秋季后气候开始恶化，由于阴雨连绵、道路泥泞，战斗渐渐平息，到了11月完全停止，英、法两国的作战计划宣告失败。但不可否认索姆河会战是第一次世界大战中规模最大的一次战役。双方伤亡约134万人，其中英军45万余人，法军34万余人，德军53.8万人。英、法军未达到突破德军防线的目的，但钳制了德军对凡尔登的进攻，进一步削弱了德军实力。双方阵亡共133.2万人，是一战中最惨烈的阵地战。
相比较西线战场的惨烈东线战场要和平的多，捷克公国凭借一己之力硬撼强国俄罗斯，看起来两国综合国力相差悬殊可实际上精锐的捷克陆军死死的把俄罗斯士兵阻挡在边境之外没有放弃一分一毫领土。
但这样的情况终究没有维持太长时间，因为捷克公国的陆军数量导致他不能完全防御同盟国整个东线边境线，奥匈帝国的东线首先失利被攻陷，东普鲁士方面还好很多但也在勉强维持根本拿不出救援的手段。
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