Am 19. Juli 1870 erklärt Napoleon III. Preußen den Krieg. In kurzer Zeit werden die französischen Armeen besiegt: im Elsass bei Wissembourg und Frœschwiller, später auch in Straßburg, und in dem Departement Moselle bei Gravelotte, Mars la Tour, Saint-Privat usw…

Der Marschall Bazaine ließ sich in Metz einkesseln und zwingt Mac Mahon dazu, eine verhängnisvolle Truppenbewegung zu veranlassen, die zur Schlacht von Sedan führt.

Am 2. September 1870, nach der Niederlage von Sedan, wird das Kaiserreich gestürzt. Einige tapfere Widerstände von festen Stellungen sind hervorzuheben: Thionville, Bitche, Phalsbourg, Neuf-Brisach, Belfort.
Die Einführung der Republik verhindert nicht, dass Frankreich am 28. Januar 1871 die Waffen streckt.

Am 26. Februar wird in Versailles das Deutsche Kaiserreich ausgerufen und am 10. Mai wird der Vertrag von Frankfurt unterzeichnet, der die Gebietsabtretungen besiegelt: das Elsass ohne Belfort, das obere Bruche-Tal (Schirmeck-Saales) und das Departement Mosellle (Saarburg und Château-Salins außer Briey) werden an Deutschland abgetreten. Es handelt sich um die erste legale Annexion, denn sie wird in Bordeaux von der französischen Nationalversammlung beschlossen, und dies trotz der heftigen Proteste der elsässischen und mosellanischen Abgeordneten.

Im Juni 1871 bilden das Elsass und das Departements Moselle das Reichsland Elsaß-Lothringen. Infolge des im Frankfurter Vertrag vorgesehenen Optionsrechts entscheiden sich fast 160.000 Personen, die noch im Elsass und im Departement Moselle wohnen, die französische Staatsangehörigkeit zu behalten. Etwa 50.000 verlassen beide Gegenden. Nach dem Ablauf der gesetzlichen Auswanderungsfrist versuchen viele junge Menschen zu fliehen, um dem Militärdienst in der deutschen Armee zu entgehen, der 1872 verpflichtend eingeführt wird. Deutsche Beamte und Soldaten besiedeln das Elsass und das Departement Moselle.

Das Elsass und das Département Moselle werden sich in einem neuen Rahmen entwickeln, dem Kaiserreich unter Wilhelm II. und dem Bismarck-Regime, die stark in die neuen annektierten Gebiete investieren. Ab den 1890er Jahren erleben das Elsass und das Departement Moselle eine Beruhigungsphase. Die Hauptfaktoren für diese Beruhigung sind der wirtschaftliche Wohlstand, die Einführung einer fortschrittlichen Sozialgesetzgebung und die Verfassung von 1911.