Un traité de paix est signé le 3 mars 1918 entre la Russie et les empires centraux à Brest-Litovsk. Convaincu de la nécessité d'une paix immédiate pour donner un avenir à la révolution d'Octobre, Lénine signe un cessez-le-feu dès novembre 1917. Il engage alors, après de nombreuses discussions avec Trotski, des négociations de paix avec l'Allemagne. Mais le prix à payer est lourd. En effet, le "honteux traité de paix", selon la formule de Lénine, ampute la Russie non seulement d’un territoire de 800.000 km², mais également d’une part importante de ses ressources agricoles et industrielles concentrées en Finlande, en Pologne, dans les pays Baltes, en Ukraine et dans une partie de la Biélorussie. En outre, la Russie doit céder les villes d'Ardahan, Batoumi et Kars à la Turquie et payer des indemnités de guerre.
Cette paix permit à l'Allemagne de renvoyer sur le front Ouest un grand nombre de troupes pour s'opposer aux alliées, en participant à la grande offensive allemande du printemps 1918.
Le 13 novembre 1918, après la défaite des Empires centraux, le traité de Brest-Litovsk est annulé par le gouvernement soviétique. L’armée rouge franchit la ligne de démarcation dès le 17 novembre et reconquit l’Ukraine et la Biélorussie, mais pas la Finlande, l’Estonie, la Lettonie, la Lituanie et la Pologne russe. La reconquête totale des territoires perdus restera l’obsession de Staline pendant et après la Seconde Guerre mondiale.