Während des Ersten Weltkrieges kommandierte Holcomb von August 1917 bis Januar 1918 das 2. Bataillon des 6th Marine Regiment auf der Marine Corps Base Quantico, Virginia um sich auf den bevorstehenden Kriegseinsatz in Europa vorzubereiten. Im Februar wurde Major Holcombs Regiment im Rahmen der American Expeditionary Forces (AEF) nach Frankreich verlegt. Dort diente er als Bataillonskommandeur und Erster Offizier des Regiments. Holcomb war an zahlreichen Gefechten an der Westfront beteiligt, u. a. bei der Aisne-Marne Offensive (Château-Thierry, Soissons und St. Mihiel) und der Meuse-Argonne-Offensive (Champagne). Gegen Kriegsende marschierte seine Einheit zum Rhein, gefolgt vom Waffenstillstand von Compiègne.