Pela sua descrição, estou assumindo que você tem um servlet para validar se o usuário/senha são válidos, e um filtro que apenas verifica se o usuário está logado ou não. Essa separação está correta, e você não precisa chamar o servlet antes, apenas permitir o acesso à página de login:
@WebFilter("/*")
public class LoginFilter implements Filter {
public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain) throws ServletException, IOException {
HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) req;
HttpServletResponse response = (HttpServletResponse) res;
HttpSession session = request.getSession(false);
String loginURI = request.getContextPath() + "/login";
boolean loggedIn = nonNull(session) && nonNull(session.getAttribute("user"));
boolean loginRequest = request.getRequestURI().equals(loginURI);
if (loggedIn || loginRequest) {
chain.doFilter(request, response);
} else {
response.sendRedirect(loginURI);
}
}
}
Dessa forma o acesso à página de login é sempre válido.