La décision d'une offensive de grande ampleur est prise par le général Joffre quand il est encore à la tête de l'armée française. Les grandes lignes de l'offensive sont alors décidées : ce sera une attaque conjointe avec les troupes anglaises sur le front entre Vimy et Reims. Le front a la forme d'un angle droit : entre Vimy et Soissons, le front est d'orientation nord-sud et ouest-est entre Soissons et Reims. Tandis que les Anglais attaqueront sur la ligne entre Vimy et Soissons, les Français le feront entre Soissons et Reims afin d'affronter les Allemands selon deux directions différentes.
En décembre 1916, Nivelle remplace Joffre à la tête des armées. Il reprend le projet de Joffre : son idée est de concentrer un maximum de forces sur cette partie du front afin de l'enfoncer. Sûrement pour prévenir une telle offensive, dont l'ampleur ne permet pas de garder le secret absolu, les Allemands se replient du 15 au 19 mars 1917 sur la ligne Hindenburg. Leur front est réduit de soixante-dix kilomètres, permettant d'économiser de nombreuses divisions. L'angle droit de la ligne de front est gommé : la ligne de défense s'étend désormais dans une direction nord-ouest/sud-est de Vimy à Reims en passant par le Chemin des Dames. Les Alliés mettent une semaine à se rendre compte de l'ampleur de ce retrait. Le plan initial de l'offensive est désormais caduc. Nivelle et ses généraux adaptent leur projet à cette situation nouvelle et dissocient l'attaque anglaise sur Vimy de l'attaque française qui se centrera sur le Chemin des Dames.

Les conditions météorologiques sont terribles quand commence l'offensive. En ce printemps 1917, il fait très froid et il neige même le 16 avril. Les Sénégalais qui se sont entraînés sur la Côte d'Azur, ne sont pas préparés à de telles températures. Nombre d'entre eux souffrent du gel. Le 17 avril, la pluie tombe d'une manière quasiment continue et rend le terrain très boueux. C'est surtout le mauvais temps qui gêne les préparations d'artillerie dont les objectifs visés ne seront pas toujours atteints. Les soldats qui s'élancent le 16 avril trouvent des positions allemandes très peu touchées par le bombardement.
Les bombardements ont mis la terre à nu et ont sculpté un paysage lunaire (trous d'obus, absence de végétation). Cette terre boueuse est continuellement retournée par les obus : elle n'est donc pas stable, elle se dérobe sous les pieds si bien que le soldat ne cesse de tomber, pour se relever et tomber à nouveau.

• 3h30 : les hommes de première ligne se réveillent, se préparent et avancent jusqu'aux lignes ennemies

• 6h : l'offensive est lancée, les hommes sautent les parapets et gagnent les premières lignes. L'assaut du côté français est donné le 16 avril à 6 heures du matin.

• En fin de journée, les gains de terrain sont minimes : les seules avancées véritables sont en fait réalisées en contrebas du plateau entre Soupir et Chivy-lès-Étouvelles ou plus à l'est dans le secteur de La Ville-aux-Bois et celui de Loivre au nord de Reims. Ailleurs, c'est-à-dire sur le plateau du Chemin des Dames entre Cerny-en-Laonnois et Craonne, les forces françaises ont été repoussées. Les pertes en revanche sont considérables. Selon J.F. Jagielski, les pertes s'élèvent à 134 000 hommes dont 30 000 tués pour la semaine du 16 au 25 avril.

Le 17 avril : à l'offensive sur le chemin des Dames, s'ajoute une nouvelle attaque à l'est de Reims dans le secteur de Moronvilliers. Sur le chemin des Dames, le fort de Condé et le village de Braye-en-Laonnois sont pris par les Français.

• Entre le 18 avril et le 21 avril : c'est maintenant au tour de la Xe armée, celle de réserve, de passer à l'attaque. Elle va engager le 9e et le 18e corps, sur la partie est du Chemin des Dames, entre Craonne et Hurtebise.

Le 20 avril : suspension provisoire de l'offensive.

Le 22 avril : il est décidé d'arrêter toute offensive massive au profit d'offensives partielles

Le 29 avril : remaniement dans l'état-major. Le général Mangin est relevé de son commandement.

Le 30 avril : l'offensive reprend sur les Monts de Champagne.

Le 4 mai : le 18e régiment d'infanterie se lance à l'attaque du village de Craonne à 18 h. Cette attaque surprend les Allemands, le rebord du plateau de Californie est pris.

Le 5 mai : le 18e régiment d'infanterie attaque avec le 34e régiment d'infanterie pour consolider les positions sur le plateau. Les Français réussissent à prendre pied sur le plateau mais ne peuvent déboucher sur l'Ailette. Les pertes s'élèvent autour de 800 hommes pour le 18e régiment d'infanterie entre le 4 et le 8 mai et plus de 1 100 hommes pour le 34e régiment d'infanterie. La Xe armée attaque les plateaux de Vauclair et des Casemates. Le même jour, une offensive est lancée sur Laffaux par le 1er Corps d'armée coloniale : les ruines du moulin sont prises.

Le 8 mai : nouvelle suspension de l'offensive.

Le 15 mai : Le général Pétain remplace Nivelle. Le gouvernement est au courant des premiers actes de désobéissances.

Du 20 mai à fin juin : le front est secoué par les mutineries qui affectent plus de 150 unités. Ces refus d'obéissance concernent des troupes au repos que l'on veut renvoyer à l'assaut.

Le 4 juin : à la demande du général Maistre, commandant de la VIe armée, les offensives prévues en juin sont ajournées à cause des mutineries.

Seconde quinzaine de juin : une grande contre-offensive allemande est lancée à la suite des informations sur les mutineries.

Le 25 juin : la 164e division d'infanterie s'empare de la Caverne du Dragon. C'est le début de la bataille des observatoires qui dure tout l'été. Il s'agit d'un ensemble d'opérations pour contrôler des points hauts du Chemin des Dames

Le 24 octobre : une offensive, préparée par le général Pétain remplaçant du général Nivelle depuis le 15 mai, est lancée sur le fort de la Malmaison qui contrôle l'accès sur la crête du Chemin des Dames. La préparation d'artillerie a été massive et parfaitement coordonnée. Quand les troupes des 11e, 14e et 21e corps d'armée s'élancent, protégées par le feu roulant de l'artillerie, les défenses allemandes sont déjà bien atteintes. Les chars sont de nouveau utilisés mais, cette fois, ils sont plus légers, plus rapides et attaquent frontalement en protégeant les fantassins. La victoire française est nette : les Allemands comptent 8 000 tués, 30 000 blessés et 11 500 prisonnier. Cette victoire ne peut faire oublier le dramatique échec de la bataille du Chemin des Dames mais il consacre une nouvelle stratégie reposant sur l'utilisation massive de matériels modernes (artillerie, chars) concentrés sur un point précis du front. L'armée française conquiert ainsi des positions stratégiques, mais ne parvient pas à faire significativement bouger la ligne de front.

Selon les points de vue, l'offensive Nivelle a été décrite comme une grave défaite stratégique des Français, ou une coûteuse demi-victoire. Les Français ont bel et bien conquis quelques positions stratégiques et détruit des forces allemandes considérables, mais sont loin d'atteindre les objectifs de l'offensive. Les Allemands ont épuisé leurs réserves, mais tiennent encore. En fait, le bilan de l'offensive est bien meilleur que celui de toutes les attaques menées par Joffre en 1915. Mais, après tant d'échecs et le bain de sang de Verdun, des pertes qui auraient été jugées acceptables en 1915 ne le sont plus. D'autre part le gouvernement civil a repris de l'influence. Face à Nivelle soutenu par Briand, un autre groupe politique, associant Painlevé et Pétain, demande l'arrêt de l'offensive et un changement de stratégie. Le premier ministre britannique Lloyd George déclare le 4 mai, à la conférence interalliée de Paris :
« Si on nous avait fait 55 000 prisonniers, capturé 800 canons et des milliers de mitrailleuses, dégagé 2 000 km², imaginez la vague de pessimisme qui gagnerait nos opinions publiques. et l'on eût pavoisé à Berlin. Or c'est le contraire. »
Une commission d'enquête est instituée et dirigée par le général de division Henri Joseph Brugère, Nivelle est absous et plus tard muté à Alger. Brugère ajoute au rapport que « Pour la préparation comme pour l'exécution de cette offensive, le général Nivelle n'a pas été à la hauteur de la tâche écrasante qu'il avait assumée ». La commission souligne que la VIe armée, commandée par Mangin, a enlevé les premières positions allemandes et progressé de plusieurs kilomètres, pris 12 villages, 80 canons, 6 000 prisonniers et perdu au total 30 000 hommes (tués, blessés et disparus) du 16 au 30 avril, soit 8 % de son effectif.
À la suite de cet échec, les généraux Mazel (Ve armée) et Charles Mangin (VIe armée) sont remplacés par Micheler et Maistre.
Philippe Pétain prend la place de Nivelle à la tête du grand quartier général français (GQG), le 15 mai 1917, au moment où éclatent les premières mutineries, signe d'un désespoir et d'un découragement dans une partie des troupes françaises.

Cette bataille est vécue comme un échec pour l'armée française. Alors que cette bataille devait être décisive, elle se solde par de lourdes pertes pour des gains sensibles mais insuffisants. Plus grave encore, son arrêt permet aux Allemands de rétablir leur situation très ébranlée. Ils vont pouvoir se retourner vers l'est, asséner des coups décisifs aux Russes qui se retireront alors de la guerre, puis ramener presque toutes leurs armées en France pour une offensive majeure en mars 1918. On peut dire que l'échec ou l'abandon de l'offensive Nivelle a entraîné le prolongement de la guerre d'une année, et favorisé la révolution bolchevique.
L'estimation des pertes a fait l'objet de polémiques en fonction de la période et du terrain retenus. Les chiffres ont été interprétés, dès le début de l'offensive, par les hommes politiques qui voulaient, soit arrêter l'offensive, soit la continuer. Le député Favre les estime à près de 200 000 hommes côté français au bout de deux mois d'offensives. C'est un bilan probable et assez peu éloigné du décompte incomplet réalisé par J.-F. Jagielski. Chaque division a perdu en moyenne 2 600 hommes sur le Chemin des Dames. Les tirailleurs sénégalais, notamment perdent plus de 7 000 tués sur 16 500 engagés (40-45 %) dans les premières journées, soit le quart de leurs pertes totales au cours de la guerre.
Quant au bilan côté allemand, il est encore moins aisé à réaliser. L'état-major français estimait en juin 1917 les pertes allemandes autour de 300 000 hommes, ce qui est sûrement exagéré. Le général en chef allemand Ludendorff a écrit : « Notre consommation en troupes et en munitions avait été ici aussi extraordinairement élevée. »

Les tribunaux militaires prononcèrent 3 427 condamnations dont 554 à mort ; à sept reprises Pétain refusa de transmettre les dossiers de recours en grâce et 43 mutins devaient être exécutés. Il n'y aura donc seulement que 43 condamnations effectives.