Ved den italienske fronten ble sentralmaktenes Caporetto-offensiv i oktober en katastrofe for italienerne og 8. november ble han utnevnt til Cadornas etterfølger som leder for generalstaben. Etter å ha stabilisert fronten langs Piave-elven, reorganiserte han restene av den italienske hæren og la opp motstanden på Monte Grappa og forsvaret langs Piave-elven. Diaz gjennomførte store reformer og bedret forholdene for soldatene med bedre rasjoner, lønn og permisjonsordninger, samt gratis livsforsikringer. Videre fikk Diaz produsert mer artilleri, herunder 3 500 nye kanoner og stablet 25 nye divisjoner på beina. I 1918 ledet han de italienske styrkene under den store motoffensiven og til den avgjørende seieren i slaget ved Vittorio Veneto.