עם פרוץ מלחמת העולם הראשונה באוגוסט 1914, היה קלייסט מפקד בריגדת ארטילריית השדה ה-6. קלייסט לחם במהלך קרבות הפלישה הגרמנית לבלגיה והקרבות הראשונים בחזית המערבית. באפריל 1915 הוא הועבר לפקד על הדיוויזיה ה-115 שזה עתה הוקמה. הוא לחם הדיוויזיה בקרב ארטואה השני ובקרבות נוספים בחזית המערבית, עד שבסוף יולי הועברה הדיוויזיה לחזית המזרחית והשתתפה במתקפת גורליצה-טרנוב. בנובמבר 1916 הועברה הדיוויזיה לחזית הרומנית. עד דצמבר השתתפה הדיוויזיה בכיבוש רוב שטח רומניה, וסייעה גם בכיבוש בוקרשט. בסוף דצמבר השתתפה הדיוויזיה בקרב רימינקו ובקרב סאראטה. הדיוויזיה נותרה ברומניה ככוח כיבוש. בנובמבר 1917 קודם קלייסט לדרגת גנרל לוטננט, ובפברואר 1918 מונה למפקד הקורפוס ה-58 אשר הוצב בחזית המערבית. הוא לחם עם הקורפוס בהצטיינות בבלימת במתקפת מז-ארגון, וב-8 באוקטובר 1918 קיבל את עיטור הפור לה מריט.