Năm 1915, trong Thế chiến thứ nhất, Panfilov được biên chế vào Quân đội Đế quốc Nga và đóng quân trong Trung đoàn bộ binh 638 Olpinsk. Sau đó, ông được chuyển đến Mặt trận Tây Nam, nơi ông được thăng cấp trung sĩ. Trong năm 1917, sau Cách mạng Tháng Hai, Panfilov được các đồng đội bầu làm thành viên Xô viết Trung đoàn.