В 1914 году — полковник (ст. 03.02.1915) и командир батареи в 1-м Кавказском артиллерийском дивизионе. В 1915 году Беляев разрабатывает идею создания в глубоком тылу особых запасных батальонов от каждого действующего полка, где уцелевшие кадровые офицеры и солдаты могли бы воспитывать в молодежи «дух старой армии». В 1915 году — Георгиевский кавалер «"за спасение батареи и личное руководство атакой"». В начале 1916 тяжело ранен. Находился на лечении в лазарете Её Величества в Царском селе. В 1916 году — командир 13-го отдельного полевого тяжелого артиллерийского дивизиона (21.05.1916), участвовал в «Брусиловском прорыве». На 01.08.1916 в том же чине и должности, генерал-майор (пр. 5.10.1917) и командир артиллерийской бригады на Кавказском фронте.