英法联军为突破德军防御，以便转入运动战，同时减轻凡尔登方向德军对法军的压力。当时战线由南向北，在亚眠以东 50 多公里的地方穿过索姆河。德军在该地区构筑了号称“最坚强的”防线，包括三道阵地和一些中间阵地。主要阵地有坑道工事，阵地前面有多层铁丝网。守军为德军第2集团军，防御正面宽 58 公里，其第一线为 9 个师，预备队 4 个师。以后兵力增加到 67 个师。英、法方面原计划以法军担任主攻，但因凡尔登战役动用了法军大量兵力，改以英军为主。
最初投入兵力为 39 个师(战役过程中增加到 86 个师)，其中英军 25 个师，以第 4 集团军为主、第 3 集团军为辅，在索姆河北岸卡尔诺以北地区进攻，正面 25 公里;法军第 6 集团军 14 个师，跨索姆河在英军右侧进攻，正面 15 公里。英、法军炮兵和空军都占优势。采取对有限目标逐次攻击战法，企图通过消耗德军兵力达到突破的目的。为协调两军行动，规定每次进攻到达线不能自行超越。
从 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。英军在进攻中首次使用坦克，共出动 49 辆，而实际参加战斗的 18 辆(被德军击毁 10 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。在战争史上这是第一次使用坦克。在 9 月下旬和 11 月的进攻中，英军又两次使用坦克，但数量较少，收效不大。
索姆河战役，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，也是人类历史上第一次把坦克投入实战中
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