英法聯軍爲突破德軍防禦，以便轉入運動戰，同時減輕凡爾登方向德軍對法軍的壓力。當時戰線由南向北，在亞眠以東 50 多公里的地方穿過索姆河。德軍在該地區構築了號稱“最堅強的”防線，包括三道陣地和一些中間陣地。主要陣地有坑道工事，陣地前面有多層鐵絲網。守軍爲德軍第2集團軍，防禦正面寬 58 公里，其第一線爲 9 個師，預備隊 4 個師。以後兵力增加到 67 個師。英、法方面原計劃以法軍擔任主攻，但因凡爾登戰役動用了法軍大量兵力，改以英軍爲主。
最初投入兵力爲 39 個師(戰役過程中增加到 86 個師)，其中英軍 25 個師，以第 4 集團軍爲主、第 3 集團軍爲輔，在索姆河北岸卡爾諾以北地區進攻，正面 25 公里;法軍第 6 集團軍 14 個師，跨索姆河在英軍右側進攻，正面 15 公里。英、法軍炮兵和空軍都佔優勢。採取對有限目標逐次攻擊戰法，企圖通過消耗德軍兵力達到突破的目的。爲協調兩軍行動，規定每次進攻到達線不能自行超越。
從 6月24日起，英、法軍進行了7天的炮火準備，7月1日晨 7 時半步兵在炮火支援下發起進攻。當天法軍和主攻方向上的英軍都突破了德軍第一道陣地，但英軍左翼則毫無進展。英軍以密集隊形前進，遭到德軍機槍和炮兵火力的嚴重殺傷，第一天即傷亡近 6 萬人。英軍右翼和法軍佔領了德軍第二道陣地。 德軍利用對方進攻的間歇，迅速調集兵力，加強縱深防禦，並在一些地段上實施反擊。英、法軍於 7 月中、下旬再度發起進攻，南岸法軍佔領了第三道陣地，但未能發展爲戰役突破。英軍 32 個師、法軍 26 個師第三次發起進攻，截至 12 日向德軍縱深只推進了 2～4 公里。英軍在進攻中首次使用坦克，共出動 49 輛，而實際參加戰鬥的 18 輛(被德軍擊毀 10 輛)，步兵的進攻速度因而有所增加，當天佔領了第三道陣地的幾個要點。在戰爭史上這是第一次使用坦克。在 9 月下旬和 11 月的進攻中，英軍又兩次使用坦克，但數量較少，收效不大。
索姆河戰役，是第一次世界大戰中規模最大的一次戰役。雙方傷亡約 134 萬人，其中英軍 45 萬餘人，法軍 34 萬餘人，德軍 53.8 萬人。英、法軍未達到突破德軍防線的目的，但鉗制了德軍對凡爾登的進攻，進一步削弱了德軍實力。雙方陣亡共 133.2萬人，是一戰中最慘烈的陣地戰，也是人類歷史上第一次把坦克投入實戰中
