Принял участие в Первой мировой войне. 19 июля 1914 года назначен командующим разворачиваемой по мобилизации 12-й Сибирской стрелковой дивизией, но уже 8 августа того же года назначен командующим 7-й Сибирской стрелковой дивизией, входившей в состав 3-го Сибирского армейского корпуса. 30 сентября 1914 года "«за отличие по службе»" произведён в генерал-лейтенанты, со старшинством с 19 июля 1914 года и утверждён в должности начальника дивизии. Во главе дивизии участвовал в сдерживании наступления противника в Восточной Пруссии осенью 1914 года, зимой 1915 года — в Августовской операции. За свои отличия в боях приказами главнокомандующего армиями Северо-Западного фронта, Высочайше утверждёнными 21 мая и 21 июня 1915 года, награждён Георгиевским оружием и орденом Святого Георгия 4-й степени. 25 апреля 1915 года получил под своё командование 3-й Сибирский армейский корпус, во главе которого находился следующие два года. В марте 1916 года участвовал в наступлении у южного берега озера Нарочь. После Февральской революции, 6 апреля 1917 года, отчислен от должности и назначен состоять в резерве чинов при штабе Минского военного округа. 1 августа того же года Владимир Онуфриевич Трофимов уволен со службы "«по болезни»" с мундиром и пенсией.