Nach seiner Ausbildung an der Accademia Militare di Modena kam er 1913 als Leutnant zu den Bersaglieri. Im Ersten Weltkrieg war er einer der jüngsten Bataillonskommandeure und erhielt zahlreiche Auszeichnungen, darunter auch eine französische. Im Herbst 1917 nahm ihn der junge Erwin Rommel in der Schlacht von Karfreit gefangen, Montemurro gelang jedoch kurz danach die Flucht. Mit dem 8. Bersaglieri-Regiment nahm er 1918 an den Piaveschlachten teil.