Pétain a condus unitatea sa  în bătălia de la Guise (29 august 1914). La sfârșitul lunii august 1914 a fost rapid promovat ca brigadier general și a primit comanda diviziei a 6-a în timp util pentru prima bătălie de la Marne; puțin peste o lună mai târziu, în octombrie 1914, a fost promovat încă o dată și a devenit comandant al Corpului de Armată XXXIII-lea. După ce a condus corpul său în primăvara anului 1915, în  ofensiva de la Artois, în iulie 1915 a primit comanda Armatei a II-a, pe care a condus-o în ofensiva din Chmpagnie din toamnă.

A condus Armata a II--a Armatei la începutul bătăliei de la Verdun în februarie 1916.

Pétain s-a dovedit a fi un adversar capabil atât în ​​apărare, cât și prin contra-atac. Cea de-a treia ofensivă, "Blücher", în mai 1918, a dat naștere unor importante progrese germane în Aisne, în timp ce comandantul armatei franceze (Humbert) ignora instrucțiunile lui Pétain de a apăra în profunzime și, în schimb, permiteau oamenilor săi să fie loviți de bombardamentul german. În timpul ultimelor ofensive germane, Gneisenau și a doua bătălie de la Marne, Pétain a reușit să apere în profunzime și să lanseze contra-atacuri, cu noile tancuri franceze și asistența americanilor. Mai târziu, Pétain a renunțat la dreptul său de apel direct la guvernul francez și a cerut să se prezinte la Foch, care și-a asumat din ce în ce mai mult coordonarea și, în cele din urmă, comanda ofensivelor aliate. După război, Pétain a fost făcut marșal al Franței la 21 noiembrie 1918.