從1900年至1914年第一次世界大戰爆發時，世界許多國家在這14年間逐漸認識到潛艇具有的軍事作戰潛力，積極發展和擴充本國的潛艇兵力。在這期間，潛艇設計的基本趨勢是從海防型向遠洋型潛艇轉變。但是，由於當時的各個海軍強國所處的地理環境不同，因此各個國家對於所謂「遠洋」的概念，其理解也各不相同。
當時比較典型的兩個國家—英國和德國，對於遠洋的概念便有著完全不同的理解。對於英國皇家海軍來說，它的假想敵人是德國，因此一旦德國與英國之間爆發戰爭，英國潛艇如果要航渡到德國海域去執行作戰任務的話，就必須至少要具有3800海裡的續航力。只有在具備這種程度續航力的前提下，才能保證英國皇家海軍潛艇在德國的海域裡保持10晝夜左右的作戰巡邏活動時間。英國皇家海軍根據這一具體情況所定義的「遠洋」概念是指從英國的朴次茅斯到德國海域的距離，即3800海裡左右。
但是，德國海軍制定的戰時策略是，一旦英德之間的戰爭爆發，德國海軍潛艇的主要任務是攔擊和消滅駛往英國的艦艇和海上運輸船隻，為此，德國海軍潛艇就必須要繞過蘇格蘭之後進人大西洋或愛爾蘭海。為了完成這樣的任務，德國海軍潛艇的續航力至少需要5000～6000海裡。因此，德國對於「遠洋」的定義是5000～6000海裡的距離。
除此之外，不同國家的戰爭策略也導致了各個國家建造潛艇數量和潛艇性能方面的差異。第一次世界大戰爆發之前，英國皇家海軍採取的戰略是封鎖敵人的基地和港口，這樣既可挫傷敵人的戰鬥力，又能保護英國的海上運輸安全。英國認為最能勝任此項任務的就是潛艇。因此，英國需要大力發展潛艇兵力。到1914年時，英國皇家海軍已經擁有74艘潛艇，這是當時世界上最大的潛艇艦隊。德國海軍在第一次世界大戰之前的作戰原則是強調近海和沿岸防禦，因此，1914年之前德國海軍只是擁有有限數量的潛艇。
第一次世界大戰爆發之前，世界上的各主要海軍國家雖然都擁有了一定數量的潛艇，但是那些潛艇畢竟沒有經過大規模的實戰考驗。潛艇究竟在軍事上能夠發揮什麼樣的作用，對於各國海軍來說依然是一個未知數。
第一次世界大戰爆發之後，英國與德國首先在歐洲的陸地戰場上展開了激烈的廝殺。當時，英國軍隊在歐洲大陸戰場上所需要的武器彈藥和後勤給養物資，幾乎全靠英國的運輸船隊橫渡英吉利海峽運送到歐洲大陸上。
戰爭期間，比利時的奧斯坦德港被英國作為戰時向歐洲大陸戰場輸送增援部隊和補給品的樞紐。德國為了獲得在歐洲大陸戰場上的勝利，必須切斷歐洲大陸與英國的聯繫。於是，德國海軍派遣了一些潛艇到英吉利海峽設置伏擊陣地，除了準備攻擊向奧斯坦德港輸送援軍和各種作戰物資的英國運輸船隻之外，還打算伺機攻擊進出英吉利海峽和泰晤士河口的英國皇家海軍艦艇。
1914年9月20日，德軍的U—9號潛艇在英國至比利時一帶海域設伏襲擊。在短短1個多小時的時間裡，一艘排水量僅為數百噸的德國U—9號潛艇竟然輕而易舉地擊沉了英國皇家海軍3艘12000多噸的裝甲巡洋艦，創造了海戰史上的奇蹟。除此之外，在戰爭爆發的頭4個月內，德國海軍潛艇還先後擊沉英國皇家海軍3000噸級的「帕斯法達因」號輕巡洋艦、「豪克」號巡洋艦以及「福米達布爾」號戰列艦等，取得了一系列重大戰果。
在第一次世界大戰期間，德國投入戰爭的潛艇總數為372艘。德軍潛艇不斷攻擊協約國的軍艦和商船，企圖切斷英國賴以生存的海外貿易，加速英國工業基礎的崩潰，從而迫使英國退出戰爭。1916年和1917年，協約國的商船被德國潛艇大量擊沉，最為嚴重的時候每月被德國潛艇擊沉的商船噸位大約為30萬噸。1917年4月，英國的商船在1個月之內便被德國潛艇擊沉350多艘，總噸位達85萬多噸。為了儘快取得戰爭的勝利，德國決定製定並實施一項加速建造潛艇的戰時應急計畫，打算迅速建造更多的潛艇來投入戰爭。
另一方面，由於美國派遣了大量的驅逐艦直接參加協約國商船隊的護航，使得受到德軍潛艇威脅的商船隊具備了適當的防衛能力。特別是當協約國的護航制度走上正規化之後，德國潛艇能夠成功襲擊商船的幾率開始不斷降低，協約國的商船損失日益減少。這是反潛戰的一個巨大進步。到了第一次世界大戰後期，協約國的商船受到德軍潛艇的攻擊越來越少，而德國潛艇的損失數量相反地卻不斷增加。1918年，德國的潛艇戰終於宣告失敗。
在第一次世界大戰爆發時，儘管英國和法國擁有潛艇的數量遠遠地超過了德國，但是英法兩國潛艇的性能卻比較差，並且其中的大部分潛艇已經老化過時。儘管如此，英國潛艇在第一次世界大戰期間仍然有所建樹。戰爭期間，德國的艦隊在波羅的海入口處的幾個十分狹窄的海峽布置了重兵扼守，以此形成了一道難以突破的屏障，從而保障了德國一瑞典之間的運輸線的暢通無阻，使德國保住了賴以維持戰爭的運輸生命線。
1914年10月中旬，英國海軍派遣了3艘E型潛艇前往波羅的海去襲擊德國一瑞典運輸線上的德國運輸船隻。後來，又有一些英國潛艇陸續進入波羅的海。這些英國潛艇相互配合，主動出擊，擊沉和擊傷了許多德國軍艦、鐵礦石運輸船以及商船，使德國一瑞典之間的這一運輸線受到了沉重的打擊和嚴重威脅，對於戰勝德國起到了不可低估的作用。
到第一次世界大戰結束之前，德國海軍總共建造了385艘潛艇，其中在戰爭中損失了210艘潛艇，戰爭結束時仍有175艘潛艇。第一次世界大戰結束之後，鑑於戰爭期間德國實施的無限制潛艇戰幾乎把英國置於瀕臨滅亡的教訓，因此在凡爾賽條約中明確地規定了德國不許建造、購買或者擁有潛艇。第一次世界大戰結束時德國殘存的175艘潛艇于戰後全部移交給協約國，後來這些潛艇幾乎全部被協約國沉入大海。另外，到第一次世界大戰結束時德國還有224艘潛艇正處於不同的建造階段，這些潛艇在戰後也被協約國就地毁掉。