Bước sang năm 1918, năm cuối cùng của cuộc chiến thì các nước phe Liên minh Trung tâm đã lâm vào cảnh kiệt sức, cạn kiệt cả về nhân lực lẫn tài nguyên. Trong hoàn cảnh đó khi mà mặt trận phía Đông biến mất, để đánh bại Anh và Pháp trước khi Mỹ đưa quân sang chiến trường Châu Âu thì Đức đã mở cuộc tổng tấn công Mùa xuân 1918 từ tháng 3 đến tháng 7 nhưng hậu quả là quân Đức thiệt hại gần 700.000 người và khả năng tấn công của người Đức cũng chấm dứt. Sau đó từ tháng 7 đến giữa tháng 9, các nước Hiệp ước tổ chức phản công quân Đức (xem Tổng tấn công Một Trăm ngày) và quân Đức không còn sức để chống đỡ.

Đi đôi với việc quân Đức sụp đổ ở chiến trường phía Tây, các nước Hiệp ước đồng loạt tổng phản công trên khắp các mặt trận. Ngày 29 tháng 9, Bulgaria đầu hàng còn Đế quốc Ottoman đầu hàng vào ngày 30 tháng 10. Trong hoàn cảnh đó, ngày 14 tháng 9, chính phủ Áo-Hung đã gửi công hàm tới các nước tham chiến đề nghị tổ chức một hội nghị quốc tế tại một quốc gia trung lập để bàn về vấn đề chấm dứt chiến tranh nhưng không được các nước Hiệp ước chấp nhận.[26] Tại mặt trận Ý, ngày 23 tháng 10, quân đội Ý nhận được sự trợ giúp từ liên quân Anh-Pháp-Mỹ mở đợt tổng tấn công vào quân đội Áo-Hung trong trận Vittorio Veneto. Trong trận này quân đội Áo-Hung đã thảm bại với 35.000 người chết, 100.000 người bị thương và 300.000 người bị bắt. Đây cũng là trận đánh cuối cùng của quân đội Áo-Hung trong Chiến tranh thế giới thứ nhất cũng như của chiến trường Ý.[27] Sau trận này, ngày 3 tháng 11 năm 1918, Đế quốc Áo-Hung đầu hàng phe Hiệp ước và sau đó một ngày tại Villa Giusti đã diễn ra lễ ký kết hiệp định đình chiến giữa Áo-Hung và Ý. Sau thất bại trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, ngày 12 tháng 11 xảy ra cuộc cách mạng tại Áo; ngày trước đó hoàng đế Karl I đã bỏ chạy khỏi thủ đô Viên.[28] Ngày 16 tháng 11 năm 1918, Hungary được thành lập và Đế quốc Áo-Hung chính thức tan rã.

Sau Chiến tranh thế giới thứ nhất, Đế quốc Áo-Hung là nước bại trận hoàn toàn. Tổng cộng trong thời gian tham chiến từ ngày 28 tháng 7 năm 1914 đến 3 tháng 11 năm 1918, số người thuộc Đế quốc Áo-Hung bị động viên trong suốt thời gian chiến tranh là 9 triệu người và số người chết là 1.400.000 người, tổng chi phí cho cuộc chiến tranh lên đến 5438 triệu đô la Mỹ.[29]

Hậu quả cuối cùng là Đế quốc Áo-Hung tan rã thành nhiều quốc gia như Áo, Hungary, Tiệp Khắc và một phần Nam Tư, România, Ba Lan. Ngày 10 tháng 9 năm 1919 đã diễn ra lễ ký kết Hòa ước Saint Germain giữa Áo và các nước thắng trận phe Hiệp ước trong đó Áo mất đi gần ¾ lãnh thổ về tay Nam Tư, Ý, Romania, Tiệp Khắc và Ba Lan, phải bồi thường chiến phí và một điều khoản quan trọng là không được sáp nhập vào Đức. Ngày 4 tháng 6 năm 1920, diễn ra lễ ký kết Hòa ước Trianon giữa Hungary và các nước thắng trận phe Hiệp ước trong đó Hungary cũng mất đi gần ¾ lãnh thổ về tay Tiệp Khắc, Nam Tư, Romania và phải bồi thường 2.200.000 franc vàng.