Ensimmäisen maailmansodan sytyttyä Sirelius määrättiin Aleksandr Samsonovin komentamaan Venäjän 2. armeijaan 2. armeijakunnan komentajaksi. Hän osallistui muun muassa venäläisille katastrofaalisen tappion tuottaneeseen Tannenbergin taisteluun elokuussa 1914. Sirelius kuitenkin ylennettiin vuoden 1915 alussa jalkaväenkenraaliksi ja siirrettiin 23. armeijakunnan komentajaksi. Vuonna 1916 hän komensi 4. Siperian armeijakuntaa. Vuoden 1917 alussa Sirelius sai komentoonsa Romaniassa 23. ja 34. armeijakunnasta yhdistetyn niin sanotun Dobrudžan armeijan. Sirelius oli jalkaväenkenraali Leonid Leschin ohella ainoa Venäjän armeijan suomalaissukuisista upseereista, joka sai ensimmäisen maailmansodan aikana komentoonsa kokonaisen armeijan.