L’influence turque va diminuer progressivement au fil des défaites navales qui ont lieu au large de Lemnos et de l’ingérence des puissances européennes de l’Ouest en méditerranée. La bataille d’Athos durant la Guerre Russo-Turque de 1812, la Guerre de Crimée…. En 1912 l’île est rattachée à la Grèce. Pendant la Première Guerre Mondiale, la flotte grecque inflige une cuisante défaite navale à la flotte ottomane au large de l’île (bataille de Lemnos).
Les vues stratégiques de Winston Churchill (Churchill a séjourné sur l’île quelques temps) concernant l’ouverture d’un nouveau front de combat dans ce qui semblait à l’époque être le point faible des forces des empires centraux vont placer Lemnos au centre du dispositif de débarquement des Dardanelles. Le port de Moudros est ainsi renforcé pour accueillir les éléments de la flotte de guerre britannique. Cependant, les infrastructures insuffisantes de Lemnos ne permettent pas le stationnement et l’entrainement des troupes pour l’opération et celles-ci devront faire base en Égypte renforçant encore l’allongement des lignes logistiques cause pour leur part de l’échec de la manœuvre militaire et l’enlisement de la bataille.
Dès 1915, le renforcement du port va s’interrompre. Lemnos est alors utilisé comme base aérienne, base arrière de la flotte française, hôpital de campagne… Des soldats de divers continents auront ainsi bénéficié de l’accueil de l’île pendant les combats. Les tombes d’un cimetière militaire témoignent de la diversité des nationalités de soldats décédés lors de leurs soins sur Lemnos.
L’armistice de 1918 ne marque pas pour tous la fin de la guerre et l’engagement contre la Russie bolchévique continue. La défaite des « Armées Blanches » contre l’Armée Rouge de la jeune URSS va engager les alliés à accueillir ceux qui se sont battus contre le nouveau régime communiste. Lemnos va accueillir les restes de l’armée de Wrangel sur son sol. 21 000 Cosaques du Don et de Kouban vont être internés par l’armée française en 1920. Ils se disperseront dès l’année suivante vers d’autres pays d’accueil.
De 1941 à 1944, Lemnos est occupé par les troupes allemandes afin de contrôler le passage de la méditerranée vers la Mer Noire et la Crimée. La base aérienne est renforcée et joue un rôle stratégique majeur sur cette partie du front.