Po vypuknutí 1. světové války velel už jako generálmajor pěší divizi 8. armády generála Brusilova a při těžkých bojích byl v dubnu 1915 zajat rakousko-uherskou armádou. V červenci 1916 se mu však podařilo uniknout a vrátit se zpět za frontovou linii. Po svrhnutí cara v únoru 1917 byl pověřen velením nad Petrohradským vojenským okruhem. Z výkonu svojí funkce dal 21. března zatknout carskou rodinu v Carském Selu. V dubnu, po nepokojích v hlavním městě, požádal vládu o povolení nasadit armádu. Poté, co to vláda odmítla, se vzdal svého postu a vrátil se na frontu. V červenci byl ministrem války Kerenským povýšen nejprve na velitele Jihozápadního frontu a následně byl jmenován vrchním velitelem všech ruských jednotek. Položil si přitom dvě podmínky: že politické vedení nebude zasahovat do vojenských záležitostí a že se plně obnoví vojenská disciplina.