В октябре 1909 года отправился в экспедицию по Северному морскому пути командиром военного ледокола «Вайгач». Осенью 1910 года был срочно отозван в столицу для продолжения службы в Морском генеральном штабе. Написал несколько книг и пособий, изданных под грифом «не подлежит оглашению». В 1912 году командующий Морскими силами Балтийского моря адмирал Николай фон Эссен пригласил Колчака перейти на действующий флот. В декабре 1913 года Колчак был произведен в капитаны 1-го ранга и переведен в штаб Эссена на должность начальника оперативного отдела, а затем – флаг-капитана командующего по оперативной части. (Выдающийся русский флотоводец адмирал фон Эссен – один из тех, кому «повезло» не дожить до большевистского переворота. Он умер в мае 1915 года, и в силу этого остался в нашей казенной истории героем и патриотом.)
В сентябре 1915 года Колчак – командир Минной дивизии Балтийского флота, в апреле 1916 года – контр-адмирал, а уже в июне – вице-адмирал, командующий Черноморским флотом.
За отведенный ему судьбой год командования флотом Колчак успел немало: осуществил минирование турецкого побережья и входа в Босфор, наладил боевую учебу и подтянул дисциплину, а, главное, завоевал уважение личного состава флота. Во многом по этой причине Черноморский флот сохранял боеспособность до июля 1917 года. Были у Колчака и неудачи – самая большая из них гибель от взрыва его флагманского корабля – линкора «Императрица Мария» – на рейде Севастополя. Тайна этой трагедии не разгадана до сих пор. Версия о большевистском саботаже не опровергнута.
Колчак крайне тяжело воспринял отречение императора, и, как и генерал Корнилов, не нашел общего языка с Керенским. В итоге последний избавился от неудобного адмирала спешно отправив его в командировку в Великобританию и США.
В Россию Колчак вернулся через несколько дней после большевистского переворота, сообщение о котором застало его во Владивостоке. Власть большевиков категорически не принял, а их намерение вывести Россию из войны счел предательством. В полном отчаянии Колчак предложил свои услуги военного союзникам-англичанам, которые отказать ему не смогли, но, как использовать, не знали. В итоге они предложили Колчаку выехать в «столицу» КВЖД – Харбин. В апреле 1918 года Колчак прибыл к месту назначения, где его служба Великобритании закончилась, так и не начавшись.
Колчак решил пробираться на Дон к Деникину. По пути остановился в Омске, где вступил в контакт с представителями так называемой Директории – Временного всероссийского правительства, считавшего себя правопреемником свергнутого большевиками правительства Керенского. Колчаку был предложен пост военного министра, который он принял. О чем тут же пожалел: слабая и склочная Директория была не способна организовать отпор большевикам. Ровно через месяц она была ликвидирована, а пришедшее на смену новое правительство сочло необходимым сосредоточить всю полноту военной и гражданской власти в руках одного человека, учредив пост Верховного правителя. Как объективно единственный кандидат на этот пост им и стал Колчак.
Воодушевленная его приходом армия перешла в наступление и уже через месяц заняла Пермь. Однако, в тылах наступавшей армии было неспокойно: восстания и стихийные бунты следовали одно за другим. Едва ли не самое крупное восстание случилось в конце декабря в Омске, когда Колчак был тяжело болен. Верные ему части подавили восстание, допустив при этом случаи самосуда.
Разумеется, Колчаку очень не хватало опыта государственного управления, а сам он, как и положено военачальнику в условиях непреходящего кризиса, тяготел к жестким, а то и жестоким методам наведения порядка.
Несмотря на это авторитет Колчака в войсках был огромен, а главнокомандующий войсками Юга России генерал Деникин признал его Верховным правителем всей России. Весной 1919 года армии Колчака перешли в генеральное наступление, выйдя к началу апреля к Волге, а на севере нацелившись на Архангельск. Именно в этот момент Колчак допустил, возможно, роковую ошибку.
Еще в феврале 1918 года его представители установили контакт с Маннергеймом, бывшим русским генералом, изгнавшим большевиков из Финляндии и провозгласившим ее независимость. Авторитет Маннергейма в Финляндии был высок, а его армия численностью до 100 тысяч штыков – вполне боеспособна. Естественным образом возникла идея наступления финских войск на Петроград, которое могло бы окончательно склонить чашу весов на сторону белых. Известна была и цена, которую предстояло заплатить: от Верховного правителя России ожидали признания государственной независимости Финляндии. Колчак долго колебался и наконец в июне ответил Маннергейму отказом. Удивительно, но он сделал это в условиях, когда его наступление уже начало выдыхаться.