Na początku I wojny światowej Samsonow został dowódcą rosyjskiej 2 Armii atakującej Prusy Wschodnie. Realizując zamiar połączenia z wojskami generała Rennenkampfa, wojska Samsonowa przemieszczały się powoli w stronę południowo-zachodniej części Prus Wschodnich. Brak dobrej komunikacji, a przede wszystkim niechęć obu generałów do siebie (zarzucali sobie nawzajem niekompetencję i żywili urazy jeszcze z wojny rosyjsko-japońskiej), uniemożliwiły jednak koordynację i zniweczyły ten plan.
Wojska niemieckie, dowodzone przez przybyłych do Prus Wschodnich gen. Paula von Hindenburga i gen. Ericha Ludendorffa, związały walką siły Samsonowa. W ciągu sześciu dni walk od 22 sierpnia 1914 Rosjanie odnieśli kilka sukcesów dzięki przewadze liczebnej, jednak 29 sierpnia Niemcom udało się otoczyć siły Samsonowa w bitwie pod Tannenbergiem. Generał Samsonow próbował co prawda wyrwać się z kotła, lecz powiodło się to jedynie nieznacznej części (ok. 10 tys.) pierwotnie 150-tysięcznej armii.