С 27 ноября 1912 года в должности начальника 2-й отдельной кавалерийской бригады, с которой вступил в Первую мировую войну. 16 августа 1914 года произведён в генерал-лейтенанты. С 12 декабря 1914 года — начальник 16-й кавалерийской дивизии, которая была развёрнута на базе 2-й отдельной кавалерийской бригады. С 6 апреля 1915 года, назначен командиром 9-го армейского корпуса, входившего в состав 3-й армии. Весной 1915 года, во время прорыва (Горлицкий прорыв) германскими войсками генерала А. фон Макензена позиций 3-й армии на участке Горлице-Тарнов и последовавшей за этим катастрофы, пытался организовать сопротивление наступающим войскам противника. Против его корпуса, развернутого по Дунайцу, противник сосредоточил 4-ю австро-венгерскую армию эрцгерцога Иосифа-Фердинанда (9-й, 14-й австро-венгерские и 22-й резервный германские корпуса). 19 апреля (2 мая) его позиции были атакованы превосходящими силами противника. Несмотря на это, Драгомиров отразил атаку 4-й австро-венгерской армии и продолжал удерживать позиции на Дунайце. Однако из-за общей катастрофы постигшей армию, генерал Р. Д. Радко-Дмитриев 24 апреля (6 мая) отдал приказ об отходе за Сан. В ходе этих боев корпус Драгомирова понес огромные потери. В ходе Лобчевского сражения 19-21 мая (1-3 июня) на долю корпуса пришёлся наибольший успех, именно части Драгомирова взяли большую часть из 7 тыс. пленных и 6 орудий. Затем некоторое время командовал конным корпусом в составе 7-й армии генерала Щербачева во время неудачного прорыва на Стрыпе.