Первая мировая война (1914–1918) резко изменила значение Архангельска, вновь сделав его после многих десятилетий забвения «морскими воротами России». Эти годы выходы из Балтики контролировал германский флот, а из Черного моря — Турция, выступавшая на стороне Германии. Из других морских районов — Дальневосточного и Северного — наиболее удобным представлялся второй. Поэтому было принято решение направлять основной поток грузов из Англии, Франции и США через северные порты России, прежде всего через Архангельск.
В городе у Белого моря сооружаются новые причалы, склады, углубляется гавань, перешивается на широкую колею железная дорога на участке Архангельск — Вологда. Все это значительно увеличило пропускную способность главного северного порта.
В 1915 году начинается строительство Мурманского порта в Кольском заливе и небольших портов в Кеми и Сороке.
До войны военных кораблей на Архангельском Севере не было. Для охраны рыбозверобойных промыслов ежегодно приходило с Балтийского моря посыльное судно «Бакан». С этого небольшого корабля началась история военной Флотилии Северного Ледовитого океана, созданной в Первую мировую войну. С объявлением войны командир «Бакана» капитан второго ранга Е. М. Поливанов возглавил оборону Архангельского порта с моря. По его инициативе для затруднения плавания вражеских кораблей были выключены маяки, снято навигационное ограждение, оборудованы наблюдательные посты и батареи.
В начале 1916 года морское министерство Японии согласилось продать три бывших русских корабля — броненосцы «Полтава», «Пересвет» и крейсер «Варяг». Затопленные в 1904 году, они были подняты и восстановлены японцами. Покупка этих кораблей и решение о переводе на Север нескольких судов Сибирской флотилии позволили решить вопрос о создании Флотилии Северного Ледовитого океана.
В июле 1916 года приказом по морскому ведомству было объявлено о формировании Флотилии Северного Ледовитого океана (ФСЛО). Ее подчинили вице-адмиралу А. П. Угрюмову, главноначальствующему (главнокомандующему) Архангельском и водным районом Белого моря. К началу 1917 года флотилия насчитывала один линкор («Чесма»), два крейсера, шесть эсминцев, минный заградитель, свыше сорока тральщиков, семнадцать посыльных судов, сторожевые катера и гидрографические суда, а также две подводные лодки и другие суда — всего 89 вымпелов. Это уже была внушительная военно-морская сила.
Для обеспечения круглогодичной навигации Архангельскому порту необходим был ледокольный флот. 9 ноября 1915 года было утверждено положение о Временном ледокольном бюро при Управлении Архангельского торгового флота. Бюро составило программу ледокольных работ в порту и Белом море. Ответственным за выполнение этой программы был назначен командир ледокольного парохода «Канада» военный моряк Н. К. Мукалов, а его штурманом стал известный полярник, участник экпедиции Г. Л. Брусилова В. И. Альбанов. За период 1916–1917 годов Северная ледокольная флотилия пополнилась двенадцатью мощными ледоколами и ледокольными судами.
Силы Флотилии Северного Ледовитого океана в ходе Первой мировой войны обеспечили эффективную противолодочную оборону и охрану морских перевозок. Из 1582 судов, прошедших в 1916 году по русским коммуникациям, германские подводные лодки потопили только 31, а из 500 проведенных за тралами транспортов подорвался лишь один. Архангельский историк А. Б. Смирнов в своей диссертации сделал вывод о том, что морские порты Архангельской губернии сыграли важную роль в снабжении отечественной промышленности в годы Первой мировой войны, переработав объем грузов, качественно и количественно превосходивший союзные поставки в порты по ленд-лизу в годы Великой Отечественной. Противнику не удалось осуществить транспортную блокаду на Севере России. Большую роль сыграла в этом и Флотилия Северного Ледовитого океана.
В годы Гражданской войны и иностранной интервенции ФСЛО понесла большие потери, многие корабли были угнаны за границу. 1 марта 1920 года была сформирована Беломорская флотилия, преобразованная 25 апреля в Морские силы Северного моря.
Основное ядро молодого Северного флота составили два миноносца — «Капитан Юрасовский» и «Лейтенант Сергеев», а также отряд катеров-истребителей, двенадцать тральщиков, посыльное судно «Ярославна», буксиры и вспомогательные суда. В состав этого морского соединения вошли также корабли Северо-Двинской речной флотилии и Управления по обеспечению безопасности кораблевождения на Севере (Убеко-Север). В фундаментальной монографии «Северный флот России» отмечается, что «главной базой стал Архангельск. Начальником Морских сил был назначен активный участник Гражданской войны В. Н. Варваци, начальником политотдела — Э. И. Бацис». Военные корабли успешно выполняли боевые задачи, совершали многодневные походы, охраняя территориальные воды, побережья и рыбные промыслы. Военморы осуществляли также траление мин, подъем затонувших судов, обеспечивали безопасность кораблевождения в Арктике, проводили гидрографические исследования. Все моряки носили бескозырки с надписью «Северный флот».