По возвращении в Морской генеральный штаб Колчак возглавил один из ключевых его отделов, ведавший оперативной подготовкой к войне Балтийского театра военных действий, и параллельно занимался доработкой и «пробиванием» судостроительной программы. Теперь работа была более плодотворной, исчезли прежние препоны. По этой программе строились корабли мощные, быстроходные, маневренные, с сильным вооружением определенных типов. Потом, уже во время войны, стали вступать в строй линкоры типа «Севастополь», крейсера типа «Измаил», эсминцы типа «Новик», новые подводные лодки (появившиеся на русском флоте с 1910 года – впрочем, надо отметить, что роль подводного флота и его возможности в будущем Колчак недооценивал). Кстати, буквально все линкоры, половина крейсеров и треть эсминцев советского Военно-морского флота, в 1941 году вступившего в Великую Отечественную войну, были построены именно по этой программе.

В осуществлении своей программы Колчак тесно сотрудничал с адмиралом Н.О. Эссеном (тоже героем Порт-Артура), с 1908 г. командовавшим Балтийским флотом. В 1912 году Эссен предложил ему вернуться в действующий флот. К тому времени Колчак счел свои задачи по кораблестроительной программе выполненными, штабной работой стал тяготиться и на предложение Эссена дал согласие. Правда, по некоторым вопросам строительства флота и его боевого использования у них были разногласия, но в генеральном направлении возрождения флота и подготовки его к войне расхождений не было.

Колчак был переведен на Балтийский флот, где вступил в командование эскадренным миноносцем (эсминцем) «Уссуриец». Через год он назначается на должность флаг-капитана Балтийского флота, аналогичную сухопутной должности генерал-квартирмейстера, то есть начальника оперативного отдела штаба, и производится в капитаны 1-го ранга.

В воздухе уже пахло большой войной. Колчак как один из ближайших помощников командующего флотом целиком сосредоточивается на подготовке к ней: разработке мер защиты, минирования и т.п. Время шло, и война неотвратимо приближалась...  

К мировой войне неотвратимо вела складывавшаяся годами международная обстановка, порожденная столкновением интересов и устремлений ведущих европейских держав. В роли агрессора выступила развязавшая войну и давно готовившаяся к ней кайзеровская Германия, стремившаяся к захвату колоний, сокрушению морской гегемонии Англии и к преобладанию на европейском континенте. Ее ближайшая союзница – Австро-Венгрия рассчитывала в результате войны подчинить себе Балканы. Стремления этих держав сталкивались с жизненными интересами Англии и Франции в их колониальных владениях и одновременно той же Франции и России – на европейском континенте.

Таким образом, в этой войне Россия участвовала в союзе с западными демократиями против родственных ей по монархическому строю Германии и ее союзников. Для нее цели войны были по преимуществу оборонительными, хотя «попутно» она имела и собственные захватнические планы, прежде всего, на принадлежавшие Турции проливы Босфор и Дарданеллы – «ключи» к Средиземному морю и на Константинополь (Стамбул) – эту давнишнюю мечту русских царей. Но поскольку Россия была еще недостаточно готова к войне, правительство Николая II до последнего прилагало усилия, чтобы избежать ее.

Никто не мог предвидеть, что война окажется небывало затяжной, кровавой и изнурительной, потребует мобилизации всех материальных и человеческих ресурсов ее участников, миллионных жертв и в итоге в корне изменит политическое и географическое лицо европейского континента, приведет к крушению трех крупнейших империй (Германии, России и Австро-Венгрии) и к коммунистической революции в России. Война, которую определенно предвидел Колчак, стала лично для него и трамплином для взлета, и временем крушения прежних жизненных устоев и планов.

Усилия «младотурок» в ходе подготовки к войне увенчались успехом: вступавшие в строй флота накануне и в ходе войны корабли (дредноуты, эсминцы, подводные лодки) были на уровне новейшей технической мысли и отличались превосходными тактико-техническими данными. Была приближена к современным требованиям боевая подготовка, корабли переведены на круглогодичную боевую вахту (раньше по старинке сохранялся со времен деревянного парусного флота обычай зимовать на берегу). Новые уставы расширили права и инициативу командиров, избавив их от прежней мелочной опеки Петербурга по любым вопросам. Был отменен пресловутый возрастной ценз, мешавший продвижению по службе флотской молодежи, в результате чего командный состав флота значительно омолодился и улучшился. Русская морская артиллерия по передовым методам своей стрельбы была признана лучшей в мире. Горькие уроки русско-японской войны не прошли даром.

В целом по своему техническому оснащению и боевой подготовке моряков русский флот периода Первой мировой войны не уступал лучшим флотам мира. Английские адмиралы давали о нем прекрасные отзывы. Но численно он оставался слабым по сравнению со своим противником: строительство большого линейного флота завершить не успели.

Учитывая это, русское военно-морское командование ориентировалось на максимальное применение минной войны с превосходящими силами противника. Защищенные мощной полосой минных полей в Финском и Рижском заливах, корабли Балтийского флота периодически совершали дерзкие вылазки на морские просторы и ставили свои мины в водах противника, выводя из строя его корабли.

По сравнению с сухопутной армией, русские моряки оказались лучше подготовленными к войне. Во всяком случае, баланс боевых потерь на море в эту войну – как на Балтийском, так и на Черном – был в пользу России: ее флот потерял в боях 1 линкор, 1 крейсер, 9 эсминцев и 1 подводную лодку, в то время как противостоявшие ему немецкий и турецкий флоты – 7 крейсеров, 34 эсминца и 9 подводных лодок.

Адмирал Н.О. Эссен и его штаб по своему почину, не дожидаясь приказа из Петербурга, приступили к постановке 8 заградительных линий из тысяч морских мин. Когда работа уже была развернута, из Морского генерального штаба с опозданием пришла телеграмма-молния: «Ставьте минные заграждения». Через несколько часов было получено известие об объявлении войны. Упреждающие меры командования флотом оказались как нельзя более своевременными.

Поскольку главным противником на море для Германии была Англия, русскому флоту не пришлось в эту войну участвовать в больших сражениях, и вообще противник, вопреки ожиданиям наших моряков, оказался малоактивен. Это позволило нашим морякам самим перейти к активным вылазкам и минированию вражеских позиций. В деле ведения минной войны и постановки минных заграждений Колчак стал признанным мастером, а западные союзники считали его позднее лучшим в мире специалистом по минному делу.

Вскоре Колчак выделился умелыми и отважными действиями, вступив в командование минной дивизией на Балтике. Еще в начале 1915 года он возглавил поход отряда эсминцев к Данцигской бухте. Время было зимнее, в море – масса льда, и ему очень пригодился опыт плаваний в Арктике. В том году наши моряки под командованием Колчака выставили сотни мин в тылу у немцев – у Данцига (Гданьска), Пиллау (Балтийска) и острова Борнхольм. На этих минах впоследствии подорвались 4 крейсера, 8 эсминцев и 23 транспорта противника, среди них – такие крупные немецкие крейсера, как «Фридрих-Карл», «Бремен» и «Газелле». Немецкое командование вынуждено было прекратить выход своих кораблей в море до тех пор, пока не будут найдены средства для борьбы с русскими минами.

Имя Колчака приобретает широкую известность за рубежом. Учиться у него тактике минной войны не стеснялись даже англичане, направившие на Балтику группу своих офицеров.

В мае 1915 года адмирал Н.О. Эссен (который, несмотря на немецкое происхождение, был большим патриотом России) скоропостижно умер. Его сменил вице-адмирал Канин, нерешительный и менее одаренный человек. В августе того же года немецкий флот, перейдя к активным действиям, прорвался в Рижский залив. Но минные заграждения сделали свое дело: противник потерял на наших минах несколько эсминцев, получили серьезные повреждения и некоторые крейсера. Из-за угрозы новых потерь немцы вскоре убрались восвояси. Это привело затем и к срыву наступления их сухопутных войск на Ригу, ибо оно не было поддержано флотом.