Mit Ausbruch des Ersten Weltkriegs wurde Ilsemann zum Kommandeur der 5. Kavallerie-Division ernannt. Er führte seinen Großverband im Westen in den Kämpfen bei Dinant, Namur, Saint-Quentin sowie am Petit Morin und wurde mit beiden Klassen des Eisernen Kreuzes ausgezeichnet. Während der Stellungskämpfe in der Champagne musste Ilsemann krankheitsbedingt abgelöst werden. Er wurde daraufhin am 27. Oktober 1914 zu den Offizieren von der Armee versetzt und am 25. März 1915 unter Verleihung des Charakters als Generalleutnant mit der gesetzlichen Pension zur Disposition gestellt.