Obwohl unter seinem Kommando die französische 2. Armee bei der Invasion in Lothringen in der Schlacht zwischen Mörchingen und Saarburg (19. – 22. August 1914) schwer geschlagen wurde, konnte er seinen Ruf bei den folgenden Kämpfen wiederherstellen. Seine Truppen konnten alle Angriffe der deutschen 6. Armee in der Schlacht an der Trouée de Charmes (25. August) abweisen und bei Gegenangriffen an der Grand-Couronné (4. – 13. September) die deutschen Truppen erfolgreich zurückdrängen. Castelnau wurde am 18. September wegen dieser Erfolge zum Großoffizier der Ehrenlegion ernannt.