Im Ersten Weltkrieg bekleidete Danilow das Amt des Generalquartiermeisters des Hauptquartiers des Kommandos des Obersten Befehlshabers. Unter dem Oberbefehlshaber Großfürst Nikolai Nikolajewitsch Romanow arbeitete er den Angriffsplan für die Schlacht an der Weichsel aus. Hierfür erhielt er vom Zaren persönlich den Russischer Orden des Heiligen Georgs IV. Klasse. Nachdem Nikolaus II. im September 1915 den persönlichen Oberbefehl übernommen hatte, erhielt er den Befehl über das 25. Armeekorps. Von August 1916 bis Mai 1917 hatte er das Amt des Chefs des Generalstabs der Nordfront inne und wurde anschließend zum Oberbefehlshaber der 5. Armee ernannt. Im September 1917 wurde er in die Reserve des Petrograder Militärbezirks versetzt.