Ab Dezember 1915 erhielt Boenigk eine Flugzeugbeobachterausbildung in Köln-Bickendorf. Am 1. März 1916 folgte seine Kommandierung zur Fliegerersatzabteilung in Posen und kam anschließend zur Kampfstaffel 32 (in einem Kampfgeschwader), die an den Kämpfen in den Vogesen eingesetzt wurde, später flog er auch mit bei den Bombenflügen auf Dünkirchen und war an der Sommeschlacht und der Osterschlacht 1917 an der Aisne als Beobachter beteiligt. Die siebenwöchige Ausbildung zum Flugzeugführer durchlief er 1917 in Braunschweig. Nach dem erfolgreichen Abschluss erhielt er das Militär-Flugzeugführer-Abzeichen und wurde im Juni 1917 zur Jagdstaffel 4 des Richthofen-Geschwaders in Flandern versetzt. Seinen ersten Luftsieg erzielte er am 20. Juli 1917 nordwestlich von Terbrielen über eine englische Sopwith Camel. Im Oktober 1917 bekam er die Führung einer Staffel, die im Abschnitt Reims-Verdun kämpfte. Juni 1918 wurde er Kommandeur des Jagdgeschwaders II. Mit diesem Geschwader vernichtete er im September 1918 die amerikanischen Flieger am St. Mihiel-Bogen fast vollständig. In der Zeit von 12. bis 18. September 1918 schoss das Geschwader unter seiner Führung 81 gegnerische Flugzeuge ab und verlor dabei nur zwei. Einen Tag später beschoss er mit seiner Staffel fünf Bréguets, die den Auftrag hatten, das deutsche Geschwader zu vernichten; drei stürzten brennend ab, zwei mussten landen.