Osallistuttuaan 1900–1901 boksarikapinan kukistamiseen Kiinassa Holmsen ylennettiin everstiluutnantiksi. Hän palasi Ateenaan, jossa sai 1904 ylennyksen everstiksi. Vuonna 1906 hän siirtyi sotilasasiamieheksi Konstantinopoliin, jossa hänet ylennettiin 1910 kenraalimajuriksi. Hän oli Venäjän yhteysupseerina Turkin päämajassa ensimmäisen Balkanin sodan aikana 1912–1913. Vuonna 1913 Holmsen palasi Venäjälle prikaatinkomentajaksi ja ensimmäisen maailmansodan puhjettua hän osallistui Itä-Preussin alueella syksyllä 1914 käytyihin taisteluihin. Holmsen ylennettiin keväällä 1915 jalkaväkidivisioonan komentajaksi ja kenraaliluutnantiksi. Hän jäi toukokuussa 1915 itärintamalla saksalaisten vangiksi. Holmsen oli kaksi vuotta sotavankina Dalholmin saarella Stralsundin lähellä. Huhtikuussa 1917 hänet siirrettiin vankienvaihdon yhteydessä Norjaan.