С началом Первой мировой войны Роберт Вагнер прекратил своё обучение в Гейдельберге и пошёл добровольцем на фронт. С 1914 по 1918 год он воевал во Фландрии, участвовал в Битве при Вердене, в Битве на Сомме, в Битве под Лоретто, был командиром роты 110-го пехотного полка, в конце войны получил звание лейтенанта. За боевые отличия награждён Железным крестом 1-го и 2-го класса.