В январе 1912 г. Колчак представил записку о реорганизации Морского генштаба и эту же тему разработал в книге "Служба Генерального штаба: сообщения на дополнительном курсе Военно-морского отдела Николаевской морской академии, 1911–1912 гг.", где, основываясь на опыте русско-японской войны, требовал ликвидации слишком большого количества параллельных и не подчиненных друг другу учреждений, а также введения единовластия начальника-командующего. В дальнейшем Колчак стремился провести эту идею в жизнь на всех постах, которые занимал. Понятие "всеобщего блага" для него не имело, как он отмечал, практического значения, а война — это "одно из неизменных проявлений общественной жизни… Подчиняясь, как таковая, законам и нормам, которые управляют сознанием, жизнью и развитием общества, война является одной из наиболее частых форм человеческой деятельности, в которой агенты разрушения и уничтожения переплетаются и сливаются с агентами творчества и развития, с прогрессом, культурой и цивилизацией"[41].
В 1912 г. командующий морскими силами Балтийского моря адмирал Н. О. Эссен предложил Колчаку поступить на действующий флот, и в апреле он был назначен командиром эсминца "Уссуриец", а через год перешел на посыльное судно Эссена — миноносец "Пограничник", с назначением флаг-капитаном оперативной части штаба командующего. В декабре 1913 г. он был произведен за отличие в капитаны I ранга. Когда началась первая мировая война, Колчак оказался вторым (вслед за В. Е. Гревеницем), кто составил диспозицию операций военного времени на Балтике[42]. Он практически руководил боевыми действиями флота. В феврале 1915 г., командуя четырьмя миноносцами, расставил у Данцига около 200 мин. На них подорвались 4 германских крейсера, 8 миноносцев и И транспортов, после чего командующий германским Балтфлотом принц Генрих Прусский приказал своим кораблям не выходить в открытое море, "пока не будут организованы средства для борьбы с русскими минами"[43].
Летом 1915 г. Колчак явился инициатором ввода в Рижский залив линкора "Слава" для постановки мин вдоль занятого немцами побережья, что препятствовало проходу и транспортов, и подлодок. В результате германская армия, наступавшая на Ригу, осталась без поддержки флота. Осенью 1915 г. Колчак был назначен временно командиром минной дивизии (друзьям он говорил, что это — венец его желаний) и провел ряд совместных операций с сухопутной армией генерала Д. Р. Радко-Дмитриева, не имевшей достаточно артиллерии, отбив наступление противника при Кеммерне. Колчак осуществил тогда на практике разработанную им тактику морского десанта. Впоследствии постановлением Совета министров колчаковского правительства N 75 от 10 января 1919 г. был образован с опорой на опыт 1915 г. корпус офицеров морских стрелков, чтобы "нести службу в Морских Стрелковых Бригадах, на судах флота, на судах речных боевых флотилий и в морских крепостях и военных постах"[44].
За успешные нападения на караваны германских торговых судов, следовавших с рудой из Швеции в Германию, Колчак был представлен к ордену св. Георгия IV степени, а в июне 1916 г. произведен в контр-адмиралы и вскоре назначен командующим Черноморским флотом с производством в вице-адмиралы. Колчак говорил тогда, что "ему особенно тяжело и больно покидать Балтику в такое серьезное и ответственное время, когда на Северном фронте идет наступление, тем более, что новая его служба представляется ему совершенно чуждой и слишком трудной вследствие полного его незнакомства с боевой обстановкой на Черном море"[45].
По приезде в Севастополь Колчак сразу отправился на корабль и, выйдя в море, завязал бой с крейсером "Бреслау", который в сумерках спасся бегством. В письме морскому министру от 8 августа 1916 г. он докладывал о результатах месячного пребывания в должности командующего флотом: "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"[46]. С середины ноября 1916 г. и до конца командования Колчаком Черноморским флотом там было поставлено более 5 тыс. мин, на которых подорвались шесть вражеских подлодок.
Документы, относящиеся ко времени службы Колчака на Черном море, говорят о том, что это был верующий человек с довольно строгими аскетическими взглядами. В архиве сохранились письма к нему архиепископа Таврического и Симферопольского Димитрия и епископа Севастопольского Сильвестра из Херсонского монастыря с благословением на поприще командующего флотом. В ноябре 1916 г. он получил от родственников образок с изображением св. великого князя Александра Невского и в дальнейшем не расставался с ним.