Osmanlı Devleti, 1877-1878 Osmanlı-Rus Harbi'nde (93 Harbi) uğradığı ağır yenilginin ardından ordunun yeniden yapılandırılması ihtiyacı duymuştur. Büyük devletlerin Osmanlı coğrafyasındaki jeopolitik çıkarları ve Rusya ile İngiltere'nin yayılmacı politikalarına karşı bir denge unsuru arayışı, II. Abdülhamid'i Alman yardımı almaya yöneltmiştir. Padişahın isteği üzerine 1882 yılında ilk etapta dört Alman subayı sözleşmeli olarak Osmanlı ordusunda görevlendirilmiştir. Bu heyetin içinde Albay Kaehler, Kamphövener, von Hobe ve Ristow yer almıştır. Albay Kaehler'in 1885'te vefatı üzerine heyetin başına geçen Kurmay Yarbay Colmar Freiherr von der Goltz (Goltz Paşa), Osmanlı ordusunda 1896'ya kadar kalıcı ve köklü değişikliklere imza atmıştır.
Goltz Paşa, sadece bir asker değil, 'Silahlanmış Millet' (Millet-i Müsellaha) fikrini savunan önemli bir teorisyendir. Askerlikte teknolojiden ziyade manevi değerlerin önemine inanan Goltz Paşa; Harbiye, Mühendishane-i Berrî-i Hümayun ve Erkân-ı Harbiyye Sınıflarının (Harp Akademileri) ders programlarını kökten değiştirmiştir. Fen, mühendislik, askerî tarih, coğrafya ve haritacılık gibi derslere ağırlık verilmesini sağlamış, kurmay subay adaylarının teorik eğitimin yanı sıra kurmay gezileri ve staj gibi pratik saha çalışmaları yapmalarının önünü açmıştır. Ayrıca Fransız talimnamelerinin yanına Almanca ve Rusçayı eklemiş, Alman talimnamelerinin Türkçeye çevrilmesine öncülük etmiştir.
Bu dönemde Prusya Genelkurmay modeli örnek alınarak Osmanlı Genelkurmay Başkanlığı (Erkân-ı Harbiyye-i Umumiyye) daha etkin bir konuma getirilmeye çalışılmıştır. 1886 yılında çıkarılan yeni Ahz-ı Asker (Askere Alma) Kanunu ile askerlik yaşı 20-40 arası belirlenmiş, muvazzaflık ve yedeklik (redif ve mustahfız) süreleri yeniden düzenlenmiştir. Bedel-i şahsî uygulaması kaldırılarak nakdî bedel ödeyenlerin beş ay temel eğitim görmesi kuralı getirilmiştir. 1889'da ilk Seferberlik Nizamnamesi çıkarılmıştır. Ayrıca Doğu ve Güneydoğu Anadolu'daki aşiretlerin orduya kazandırılması amacıyla 1890 yılında Hamidiye Süvari Alayları kurulmuş, bu alaylar hem Rus Kazak birliklerine karşı bir alternatif hem de iç güvenlik unsuru olarak tasarlanmıştır.
II. Abdülhamid döneminde dış politika ve Alman askerî misyonunun etkisiyle Osmanlı kara kuvvetlerinin silah alımında ibre tamamen Almanya'ya kaymıştır. Sultan Abdülaziz döneminde Krupp firmasından top alımıyla başlayan süreç, bu dönemde Mauser ve Loewe marka piyade-süvari tüfekleri, Krupp marka sahra topları, obüsler ve havan toplarının ordu envanterine girmesiyle zirve yapmıştır. Kara kuvvetlerindeki Alman silah üstünlüğüne karşın, deniz kuvvetlerinde İngiliz ve Fransız firmalarıyla da ilişkiler sürdürülmüştür.
Sultan Abdülhamid'in donanmayı ihmal edip Haliç'te çürümeye bıraktığı iddiaları muhalifler tarafından dillendirilse de, dönemin mali krizleri ve Osmanlı donanmasının stratejik öncelikleri bu durumu açıklamaktadır. Osmanlı maliyesinin dış borç sarmalında bulunması ve kıt kaynakların iç isyanlar ile Girit, Trablusgarp ve Yemen gibi uzak cephelere asker sevkiyatı zorunluluğu nedeniyle kara kuvvetlerine aktarılması rasyonel bir tercihti. Bununla beraber Abdülhamid döneminde denizcilik tamamen göz ardı edilmemiş; İngiliz Nordenfelt şirketinden iki denizaltı sipariş edilerek donanmaya kazandırılmış, 1890'ların sonunda ise üç zırhlı ve 11 torpidobot satın alınmıştır.
Padişahın kimseye tam olarak güvenmemesi sebebiyle Yıldız Sarayı'nda Maiyet-i Seniyye Erkân-ı Harbiyyesi adında alternatif bir genelkurmay birimi kurulmuş ve kritik kararlar saraya yakın Müşir Gazi Osman Paşa gibi isimlerle yürütülmüştür. Teftiş-i Umumi-i Askerî Komisyonu ile karar mekanizmalarına yeni bir halka eklenmiştir. Ancak mali imkânsızlıklar ve sarayın tereddütleri askerî reformların hızını yavaşlatmıştır. Goltz Paşa 1895'te mareşalliğe yükselmiş ve 1896'da ülkesine dönmüştür; böylece 1882-1908 arasında görev yapan birinci Alman misyonunun üst düzey danışmanlık dönemi sona ermiştir.
1908 yılında Kanun-ı Esasi'nin yeniden yürürlüğe konmasıyla başlayan II. Meşrutiyet dönemi, ordu içinde yeni bir yapılanmayı beraberinde getirmiştir. 13 Nisan 1909'daki 31 Mart Vakası'nın Mahmud Şevket Paşa komutasındaki Hareket Ordusu tarafından bastırılmasının ardından II. Abdülhamid tahttan indirilmiştir. Bu süreçte İttihat ve Terakki Cemiyeti'nin askerî kanadının lideri konumundaki Enver Bey (Paşa) ön plana çıkmış, 1909-1913 yılları arasında orduyu kendi kontrolü altında yeniden şekillendirmek için köklü adımlar atmıştır.
Bu dönemde Seraskerlik makamı Harbiye Nezareti olarak yeniden adlandırılmış, Erkân-ı Harbiyye-i Umumiyye teşkilâtı güçlendirilmiştir. 1909 başında Bahriye Nezareti'ne bağlı bir Deniz Genelkurmayı (Erkân-ı Harbiyye-i Bahriyye) kurulmuştur. Mekteb-i Harbiyye bünyesindeki kurmaylık eğitimi, Erkân-ı Harbiyye Mektebi adı altında bağımsız bir kuruma dönüştürülmüştür. Kurmaylığa geçiş için kıtada en az iki yıl hizmet şartı getirilmiştir. Ayrıca Piyade, Topçu Atış okulları, Yedeksubay, Astsubay, Sağlık, Veteriner, Demiryolu ve Telsiz Telgraf gibi yeni ihtisas okulları açılmıştır.
Ordunun etkinliğini artırmak ve Abdülhamid yanlısı kadroları tasfiye etmek amacıyla 7 Ağustos 1909'da Tasfiye-i Rüteb-i Askeriyye Lâyiha-i Kanuniyyesi (Askerî Rütbelerin Tasfiyesi Kanunu) çıkarılmıştır. Bu kanunla binbaşı ve üzeri rütbedeki pek çok alaylı ve yaşlı subay emekliye sevk edilmiş, rütbe bekleme süreleri ve yaş sınırları getirilmiştir. Tasfiyenin askerî teknik gerekçelerinin yanı sıra, İttihat ve Terakki'nin ordu komuta kademesine hâkim olma siyasi hedefi de bulunmaktadır. Mağdur olan subayların haklarını korumak için Askerî Tekaüd Sandığı kurulmuştur.
1909-1913 yılları arasında ordu teşkilâtında önemli reformlar yapılmıştır. 1910 yılında yürürlüğe giren Nizamname ile bölgesel ordu komutanlıkları kaldırılarak İstanbul, Şam, Erzincan ve Bağdat merkezli olmak üzere 4 Ordu Müfettişliği kurulmuştur. Bu dönemde Avrupa'dan da önce ilk kez Osmanlı ordusunda kare teşkilât yapısından üçgen teşkilât yapısına geçilmiş, barış zamanında kolordu kuruluşları oluşturulmuştur. Her kolordu üç piyade tümeni ile birer topçu, süvari ve nişancı alayından meydana gelmiş; bu sayede seferberlik hızı artırılmak istenmiştir.
Askerlik kanununda yapılan değişikliklerle Müslim ve gayrimüslim tüm erkek vatandaşlara eşitlik temelinde zorunlu askerlik getirilmiş, ancak gayrimüslimlerin bir kısmı askerlikten kaçmış ya da geri hizmetlerde değerlendirilmiştir. İstanbul sakinlerinin askerlik muafiyeti kaldırılmış, askerlik süresi 1909'da üç yıla indirilmiş, ancak toplam yükümlülük süresi kademeli olarak artırılmıştır. Hamidiye Süvari Alayları'nın ismi Aşiret Hafif Süvari Alaylarına dönüştürülmüştür.
Balkan krizi ve olası bir savaşa karşı hazırlık yapmak üzere Goltz Paşa, Ekim 1909-Ocak 1910 arasında geçici olarak yeniden Osmanlı hizmetine çağrılmış, Edirne'de büyük tümen manevraları ve garnizon tatbikatları yaptırmıştır. Donanmada ise İngiliz amiral misyonları (Gambel, Williams, Limpus) görev yapmıştır. Bu dönemde ayrıca Fransız ve Alman okullarına subaylar gönderilerek Osmanlı Hava Kuvvetleri'nin temelleri atılmış, 1911'de Yeşilköy'de Tayyare Mektebi açılmıştır.
1912-1913 Balkan Savaşı'nda Osmanlı ordusunun Balkan devletleri koalisyonuna karşı uğradığı ağır mağlubiyet (Çatalca'ya kadar çekilme), siyasi ve askerî yapıda şok etkisi yaratmıştır. Bu krizi fırsat bilen Enver ve Talat Beyler, 23 Ocak 1913'teki Bâbıâli Baskını ile hükümete el koymuş, Harbiye Nazırı Nazım Paşa öldürülmüştür. 1 Ocak 1914'te kurmay yarbaylıktan doğrudan paşalığa yükseltilen Enver Paşa Harbiye Nazırı ve Erkân-ı Harbiyye Reisi (Başkumandan Vekili) olmuş, Cemal Paşa ise Bahriye Nazırlığına getirilmiştir. Bu dönemde ordu tam anlamıyla İttihat ve Terakki'nin kontrolüne girmiştir.
Balkan hezimetinin ardından orduyu yeniden yapılandırmak amacıyla Mahmud Şevket Paşa'nın girişimiyle Almanya'dan İkinci Alman Askerî Misyonu talep edilmiştir. 14 Aralık 1913'te İstanbul'a gelen ve başında 58 yaşındaki Liman von Sanders'in bulunduğu 42 subaydan oluşan heyete geniş yetkiler verilmiştir. Liman Paşa Osmanlı Yüksek Askerî Şûrası üyesi olarak terfilerde söz sahibi olmuş, Alman subayların sayısı zamanla 72'ye (daha sonra savaş sırasında toplamda yüzlerceye) çıkmıştır. General Bronsart von Schellendorff genelkurmay başkanlığına getirilmiştir.
1913 tarihli Teşkilât-ı Umumiyye-i Askeriyye Nizamnamesi ile ordu yeniden kolordu ve tümen sistemine göre düzenlenmiştir. 12 Mayıs 1914 tarihli Mükellefiyet-i Askeriyye Kanun-ı Muvakkati ile muafiyetler büyük ölçüde kaldırılmış, rediflik sistemi kaldırılarak topyekûn seferberlik esasına dayalı 25 yıllık yükümlülük sistemi getirilmiştir. 2 Ağustos 1914'te Almanya ile ittifak anlaşması imzalanmış ve Osmanlı Devleti 2 Kasım 1914'te Almanya safında Birinci Dünya Savaşı'na girmiştir. Savaş boyunca Liman von Sanders, von der Goltz, von Seeckt ve Souchon gibi Alman komutanlar Osmanlı kara, deniz ve hava kuvvetlerinde kritik komuta görevleri üstlenmiştir.