У Првом светском рату био је начелник штаба Врховне команде, све до погоршања његове болести 1916. када га је на том месту наследио генерал Петар Бојовић. Путник је командовао српском војском за време све четири непријатељске офанзиве на Србију. Током битке на Церу, уз помоћ промућурног команданта Друге армије Степе Степановића нанео је Аустроугарима велики пораз. Противио се српској офанзиви у правцу Срема, али је на притисак владе организовао офанзиву на непријатељску територију. Након почетних успеха, због гомилања непријатељских снага на Дрини, повукао је војску и спремио се за нову одбрану Србије. Његова одлука да напусти Београд и скрати фронт за време Колубарске битке је била пресудна, јер је српска војска добила време да се опорави и одмори. Препорођену српску војску је повео у офанзиву која је нанела одлучујући ударац Аустроугарима код Сувобора, након чега је аустроугарска војска потиснута са територије Србије. Када је почела четврта офанзива на Србију, Путник је већ био тешко оболео и није имао много удела у оперативним одлукама. Ипак, у околностима које су биле веома неповољне по Србију, успео је да организује повлачење српске војске преко албанских и црногорских планина, на албанско приморје.