Als Robert Nivelle im Mai 1917 durch Philippe Pétain abgelöst wurde, erfolgte die Ernennung Fayolles zum Befehlshaber der Groupe d’Armées du Centre (Heeresgruppe). Nach dem italienischen Desaster anlässlich der Schlacht von Caporetto wurde Fayolle am 16. November 1917 der Oberbefehlshaber der französischen Truppen in Italien. Diese hatten eine Stärke von 6 Divisionen. Im März 1918 kehrte er nach Frankreich zurück und wurde Oberbefehlshaber der Groupe d’Armées de Réserve. Dieser Truppenverband hatte eine Stärke von 55 Divisionen, als OB dieses Truppenteiles nahm er an der zweiten Marneschlacht teil. Er verblieb in dieser Dienststellung bis zum Kriegsende 1918.