Za první světové války patřil k nejstarším francouzským generálům. 2. září 1913 nahradil generála Ruffeyho sesazeného generálem Joffrem ve velení 3. armády ("IIIe Armée") v Ardenách a v této funkci vydržel až do 22. července 1915, kdy ho generál Joffre také sesadil. Zároveň dne 1. listopadu 1913 byl jmenován velitelem 8. armádního sboru ("8e corps d’armée") v Bourges. Spolu s touto armádou se také zúčastnil první bitvy na Marně a podařilo se mu odrazit německý útok. Jeho podíl na francouzském vítězství byl stejný jako podíl maršála Focha a generála Gallieniho. Na západní frontě se také zúčastnil bitvy u Verdunu. V říjnu 1915 byl z politických důvodů odeslán s francouzskou orientální armádou ("Armée française d'Orient") do Soluně, kam dorazil 5. října 1915. A o rok později v lednu 1916 převzal velení všech spojeneckých armád na bojišti v Makedonii. S jeho souhlasem vyhlásil velitel francouzské posádky města Korçë Henry Descoin autonomní Albánskou republiku Korçë s Themistoklem Gërmenjimem v čele. V listopadu 1916 se mu podařilo po bitvě u makedonského Monastiru (Bitoly) toto město dobýt. Kvůli neúspěšné ofenzivě byl 14. prosince 1917 zbaven funkce novým francouzským premiérem Clemenceauem a ve funkci nahrazen generálem Guillaumatem. Sarrail totiž "nedokázal vytvořit ducha vzájemné důvěry mezi mnohonárodnostními jednotkami". Do konce války zbýval necelý rok a Sarrail tak během ní již nezaujal žádné významnější místo a do jejího průběhu nezasáhl.