בפברואר 1915 נשלח פלומר לצרפת ומונה למפקד הקורפוס ה-5, והוביל אותו בקרב איפר השני. במאי 1915 הודח גנרל סמית'-דוריאן מתפקידו כמפקד הארמייה השנייה, ופלומר קיבל את התפקיד במקומו, וב-11 ביוני 1915 קודם לדרגת גנרל מלא. ביוני 1917 זכה לניצחון גדול על הגרמנים בקרב רכס מסין. בנובמבר 1917 מונה פלומר למפקד הכוחות הבריטיים באיטליה. בתחילת 1918 התבקש פלומר על ידי דייוויד לויד ג'ורג' להחליף את ויליאם רוברטסון כראש המטה הכללי הקיסרי, אך פלומר סירב. באביב 1918 חזר פלומר לפקד על הארמייה השנייה ופיקד עליה במהלך מתקפת האביב ובמהלך מתקפת מאה הימים.