После окончания 2-й Балканской войны генерал Тошев был начальником 3-й и 5-й военно-инспекционных областей. Во время Первой мировой войны, с 14 сентября 1915 по 25 ноября 1916 года — командующий 3-й армией, находившейся на севере страны и прикрывавшей болгаро-румынскую границу. Первоначально армия, как не принимавшая непосредственного участия в боевых действиях, была численно невелика (4-я Преславская и 5-я Дунайская пехотные дивизии, 3-я кавалерийская бригада), однако после вступления Румынии в войну в 1916 году она была пополнена двумя пехотными (1-й Софийской и 6-й Бдинской) и одной (1-й) кавалерийской дивизиями. Руководил наступлением армии в Добрудже, в ходе которого болгарские войска взяли штурмом крепость Тутракан и в последующем сохраняли стратегическую инициативу. Однако вскоре он был освобождён от командования из-за конфликта с германским фельдмаршалом Августом фон Макензеном.