В 1912 г. Колчак вернулся в действующий флот. В апреле его назначили командиром эсминца «Уссуриец», а через год перевели на миноносец «Пограничник». В декабре 1913 г. Колчак был произведен в капитаны 1-го ранга.
После начала Первой мировой войны он вновь сумел отличиться. В феврале 1915 г. четыре подчиненных ему миноносца произвели минирование моря у Данцига. На этих минах подорвались 23 германских корабля, в том числе 4 крейсера и 8 миноносцев. За эту и другие операции Колчак был награжден орденом Св. Георгия. Карьера его стремительно развивалась. В июне 1916 г. он был произведен в контр-адмиралы, а через несколько месяцев назначен командующим Черноморским флотом с производством в вице-адмиралы. Явившись в Севастополь, Колчак сразу проявил себя энергичным командующим.
Он немедленно вышел в море и напал на германский крейсер «Бреслау», который был принужден спасаться бегством. После этого начались работы по минированию прибрежных вод. Через месяц Колчак докладывал о результатах своего пребывания в должности командующего: «С первых дней… я принялся за приведение в порядок дел по минам заграждения, имея в виду постановку заграждения у Босфора… Делу этому в Черном море, видимо, не придавали серьезного значения… 10 дней тренировки и переборки мин наладили это дело, и новыми миноносцами была выполнена задача постановки заграждения в непосредственной близости Босфорских укреплений».
Известие о Февральской революции Колчак воспринял сдержанно. Некоторое время, несмотря на разлагающее влияние революционной пропаганды, ему удавалось сохранять дисциплину на флоте. Образованный вскоре ЦИК Совета депутатов флота стал подчиняться непосредственно Колчаку. Но такое положение не могло сохраняться долго. Первое серьезное столкновение между адмиралом и Советом произошло в мае 1917 г., когда один из миноносцев отказался выйти в море для постановки мин. В июне матросы, не доверявшие офицерам, потребовали, чтобы те сдали оружие. (Колчак вместе со всеми сдал свой кортик. Когда ему попытались вернуть его оружие, он выбросил его в море.) В это время в Севастополе находилась миссия американского сенатора Рута. Познакомившись с Колчаком, тот предложил ему принять участие в военных операциях американского флота у Дарданелл. Колчак согласился. Он видел, что русский флот быстро теряет боеспособность и уже не способен к серьезным операциям. «Если мне нет места здесь во время великой войны, — писал он, — то я хочу служить Родине своей так, как я могу, то есть принимая участие в войне, а не в пошлой болтовне, которой все заняты». В июне он передал полномочия командующего флотом контр-адмиралу Лукину и уехал в Петроград, а в начале августа во главе миссии из шести офицеров через Норвегию и Англию отправился в США. В Вашингтоне он вскоре понял, что ни о каких военных операциях американского флота в Средиземном и Черном морях речи пока нет. В Сан-Франциско он узнал об Октябрьской революции и поспешил обратно на родину.
Когда в ноябре Колчак приплыл в Японию, до него дошли известия о намерении Советского правительства заключить сепаратный мир с Германией. Эта новость его потрясла, и он решил не возвращаться пока в охваченную революцией Россию. В автобиографии он позже писал: «Ни большевистского правительства, ни Брестского мира я признать не мог». Колчак обратился к английскому послу с просьбой принять его на английскую службу. В конце декабря из Лондона пришло согласие и приказ о назначении Колчака командующим на Месопотамский фронт. Однако он успел доехать только до Сингапура. Здесь ему вручили новое назначение английского правительства, которое хотело использовать Колчака для работы в Маньчжурии и Сибири. Колчак приехал в Пекин и здесь был избран членом нового правления КВЖД. Но эта работа его не удовлетворяла. Летом он решил ехать во Владивосток, а затем через Сибирь пробираться на юг России, чтобы примкнуть там к разгоравшемуся белому движению.
Еще в мае 1918 г. вспыхнул чехословацкий мятеж, в результате которого советская власть была свергнута на всем протяжении Сибирской магистрали — от Владивостока до Поволжья. Здесь образовалось несколько местных правительств самого разного толка. В Самаре действовал Комитет членов Учредительного собрания (Комуч). В Екатеринбурге возникло Уральское правительство. Однако наиболее влиятельным органом стало правительство в Омске, во главе которого стоял известный сибирский адвокат Петр Вологодский.