У вересні 1918 року він спланував, організував та провів повітряну фазу Сен-Мієльської операції, командуючи 1 500 бойовими літаками з Великої Британії, Франції та Італії. Це була одна з перших добре спланованих та скоординованих повітряних наступальних операцій в історії авіації. 14 жовтня 1918 року В.Мітчелл отримав тимчасове звання бригадного генерала з призначенням командувачем усіма американськими повітряними силами у Франції. Війну він закінчив начальником повітряної служби групи армій; а після підписання перемир'я став начальником повітряної служби 3-ї американської армії.