Между тем фон Больтенштерн был произведён 18 августа 1915 года в оберлейтенанты. Со своим полком он участвовал в боях на Западном фронте, до января 1917 года находился в составе резерва ставке Главного командования германской армии. Сражался во Фландрии и Артуа. 2 февраля 1917 года назначен офицером снабжения при штабе 79-й резервной дивизии, годом позднее прямо переведён в генеральный штаб дивизии, а службу закончил 17 января 1919 года после подписания Компьенского перемирия. 20 сентября 1918 года произведён в капитаны, после чего вернулся в 5-й гвардейский гренадерский полк.