Развивая успех и отразив контратаки неприятеля, русские войска вышли на рубеж реки Стрыпа, а потом с помощью подошедших с других фронтов подкреплений захватили город Бучач и Буковину со столицей провинции Черновицами. Бреши в австрийском фронте пришлось заделывать срочно переброшенными германскими подкреплениями. Австрийцы же прекратили удачно развивавшееся наступление на итальянском фронте. Однако русская Ставка только 3 (16) июня решила сосредоточить все усилия на развитие успеха Брусилова, признав Юго-Западный фронт главным. К тому времени сильная группировка австро-немецких войск была сосредоточена в районе Ковеля и смогла удержать этот важнейший железнодорожный узел, падение которого ставило под угрозу устойчивость всего Восточного фронта Центральных держав. Ставка и Брусилов, все еще рассчитывая на успешное наступление Западного фронта, часто отдавали войскам противоречивые приказы, концентрируя наступление то на ковельском, то на львовском направлении. Это облегчило австро-германскому командованию задачу восстановления сплошной линии фронта. Для укрепления боеспособности австро-венгерской армии в ее боевые порядки были введены германские дивизии, а непосредственно к частям прикомандированы германские офицеры, передававшие союзникам свой опыт. Кроме того, немцы занялись обучением австро-венгерских пополнений, а потом — и переброшенных на Восточный фронт турецких войск.
К концу июля (ст. ст.) войска Брусилова захватили, по российским данным, до 380 тысяч пленных, заняли Станиславов и вышли на рубеж реки Стоход. К тому времени противник сосредоточил здесь значительные силы и дальнейшие атаки, продолжавшиеся с перерывами до начала октября, не принесли существенных успехов, но стоили больших потерь, которые в итоге превысили австро-германские.
С французского фронта для отражения Брусиловского прорыва немцы перебросили лишь 12 батальонов полного состава. Это объяснялось тем, что из-за недостатка рокадных дорог на Восточном фронте быстрее можно было перебросить подкрепления с Запада, чем с северного или центрального участков на юг Восточного фронта.
Как считает С. Г. Нелипович, Брусиловский прорыв не достиг своих целей, поскольку «операция не имела четко поставленной цели. Наступление развивалось ради самого наступления, в котором априори предполагалось, что противник понесет большие потери и задействует больше войск, нежели русская сторона». Хотя Австро-Венгрия была более промышленно развитой страной, чем Россия, и имела превосходство в качестве артиллерии, но боеспособность ее армии снижалась острыми противоречиями между венграми и словаками, немцами и чехами, венграми и сербами, немцами и итальянцами, сербами и хорватами, венграми и румынами.
Потери русских войск в ходе Брусиловского прорыва и вспомогательных операций на других фронтах были особенно велики. Это значительно подорвало боеспособность русской армии и способствовало Февральской революции. В период с мая по декабрь 1916 года войска Юго-Западного фронта потеряли убитыми 201 тысячу солдат и офицеров, ранеными — 1091 тысячу и пропавшими без вести (главным образом — пленными) — 153 тысячи. Австро-венгерские войска за тот же период в операциях против Юго-Западного фронта, а также в сражении под Барановичами с войсками Западного фронта и на Румынском фронте потеряли 45 тысяч солдат и офицеров убитыми, 216,5 тысячи ранеными и около 378 тысяч пленными. Потери германских войск, действовавших против Юго-Западного фронта, достигли примерно 39 тысяч пленными и 101 тысячи убитых и раненых. Соотношение по пленным было в пользу русских войск — 2,7:1. Зато убитых в армиях Центральных держав было в 3,3 раза меньше, чем в русской армии, а раненых — в 3,6 раза меньше. К столь большим потерям привёл разрозненный, по частям, ввод резервов для развития первоначального успеха под Луцком. В недостаточно подготовленных лобовых атаках русская армия достигла крайней стадии истощения.
До конца года, по ежедневным докладам штаба Юго-Западного фронта Ставке, потери в результате наступления составили: убитыми — 2930 офицеров и 199 836 солдат, ранеными —14 932 офицера и 1 075 959 солдат, пропавшими без вести — 928 офицеров и 151 749 солдат, всего 18 006 офицеров и 1 436 134 солдата. По данным С. Г. Нелиповича, к осени 1916 года войска Австро-Венгрии потеряли от Припяти до румынской границы 30 245 человек убитыми, 327 388 пропавшими без вести, 153 613 ранеными и 102 341 больными. С мая по декабрь австро-венгерский Северный фронт (включая действия под Барановичами и в Румынии) потерял 1294 офицера и 43 764 солдата убитыми, 4769 офицеров и 211 705 солдат ранеными и 5981 офицера и 371 818 солдат пропавшими без вести. Германские войска потеряли в полосе наступления Брусилова 140 000 убитыми, ранеными и пропавшими без вести. В итоге соотношение потерь русских войск к потерям противника составило 2:1. Правда, русские войска захватили 417 000 пленных, 1745 пулеметов, 448 минометов и бомбометов, 581 орудие и другое военное имущество.
Согласно подсчетам российского историка С. Г. Нелиповича, основанным на донесениях полков русской армии о потерях, во второй половине 1916 года войска русских Северного и Западного фронтов потеряли 54 тыс. убитыми и 42,35 тыс. пропавшими без вести. Германские войска, действовавшие на этих фронтах, и немногие сражавшиеся на Западном фронте австро-венгерские дивизии потеряли 7,7 тыс. убитыми и 6,1 тыс. пропавшими без вести. Это дает соотношение 7,0:1 как по убитым, так и по пропавшим без вести. На Юго-Западном фронте русские потери составили 202,8 тыс. убитыми. Действовавшие против него австрийские войска потеряли 55,1 тыс. убитыми, а германские войска — 21,2 тыс. убитыми. Соотношение потерь оказывается весьма показательным, особенно с учетом того, что во второй половине 1916 года у Германии на Восточном фронте находились далеко не лучшие, в большинстве своем второочередные дивизии. Если предположить, что соотношение российских и германских потерь здесь было таким же, как и на двух других фронтах, то из состава русского Юго-Западного фронта примерно 148,4 тыс. солдат и офицеров было убито в боях против немцев, а примерно 54,4 тыс. — в боях против австро-венгерских войск. Таким образом, с австрийцами соотношение потерь убитыми было даже немного в нашу пользу — 1,01:1, а пленными австрийцы потеряли значительно больше, чем русские, — 377,8 тыс. пропавших без вести против 152,7 тыс. у русских на всем Юго-Западном фронте, в том числе и в боях против германских войск.
Тайна вступления в войну Румынии
Брусиловский прорыв привел к объявлению 27 августа Румынией войны Австро-Венгрии. За это Антанта обещала Румынии Трансильванию, большую часть Буковины и Банат.
27 июля 1916 года император Николай И на докладе председателя Совета министров Б. В. Штюрмера о предстоящем вступлении в войну Румынии написал резолюцию: «Повторяю, что сейчас нам необходимо скорейшее выступление Румынии, да и для нее самой это крайне важно. Потерянные теперь недели могут затянуть войну на многие месяцы».
По мобилизационному расписанию Румыния выставляла 400-тысячную армию, состоявшую из 20 сильных по составу дивизий, 10 первоочередных и 10 второочередных. В действительности под ружьем в этих 20 дивизиях было едва 250 000 человек, а второочередные дивизии не имели тяжелой артиллерии.
Под влиянием успеха Брусилова 27 августа войну Центральным державам объявила Румыния. Она наносила главный удар в Трансильвании, но сама подверглась атаке со стороны Болгарии, где была сосредоточена германо-болгаро-турецкая армия под командованием А. Макензена. Однако плохо подготовленная румынская армия была очень быстро разгромлена совместным натиском австрийских, германских, болгарских и турецких войск с юга из Болгарии и с запада из Трансильвании. Русский 47-й армейский корпус под командованием генерала А. М. Зайончковского не успел прийти на помощь румынам в Добрудже. Вся помощь, оказанная Салоникским фронтом румынам, ограничилась оттяжкой сюда нескольких германских батальонов и удержанием на этом фронте более половины болгарских дивизий. России пришлось взять на себя Румынский фронт, перебросив туда часть войск с Юго-Западного. Но еще больше вступление Румынии ухудшило положение Центральных держав, поскольку на Румынский фронт пришлось бросить дивизии с других фронтов и потратить резервы, которых у Германии и ее союзников оставалось все меньше.
После того как 4 декабря пал Бухарест, 12 декабря германское правительство выступило с предложением немедленно приступить к мирным переговорам на принципах, способных «обеспечить существование, честь и свободу развития народов». Поскольку предложения Германии не содержали никаких обещаний освободить оккупированные территории, страны Антанты его отвергли, заявив, что мир невозможен «до тех пор, пока не обеспечено восстановление нарушенных прав и свобод, признание принципа национальностей и свободного существования малых государств».
