En , Joffre est remplacé à sa fonction de commandant en chef des armées. Le général Robert Nivelle est choisi pour lui succéder, Joffre étant élevé à la dignité de maréchal de France. Le poste de chef d’État-Major des armées est supprimé et Castelnau est nommé au commandement du groupe d'armées de l'Est. Cependant, ce secteur du front où opèrent ses unités est le moins actif. Le , il reçoit la médaille militaire. Au printemps 1918, profitant du retrait russe du conflit après la révolution bolchevique, les Allemands ramènent l’ensemble de leurs forces en France et en Belgique puis lancent une série de grandes offensives qui sont en passe de les rendre victorieux. Les armées que commande Castelnau ne jouent pas un rôle de premier plan pendant cette période. Par contre, alors que les troupes franco-britanniques, renforcées par le contingent américain, reprennent l’initiative au cours de l’été, il est désigné pour préparer une manœuvre décisive en Lorraine. Dans ce secteur, la faiblesse du dispositif allemand laisse présager un succès de grande ampleur susceptible d’accélérer la fin de la guerre. À deux jours près, Castelnau ne connaîtra pas une nouvelle victoire. L'armistice du 11 novembre suspend son attaque alors qu’elle l’aurait sans doute conduit profondément en Allemagne. En dépit des pertes supplémentaires que cela aurait occasionnées Castelnau pense que les alliés n’auraient pas dû signer l'armistice de manière prématurée.