Toen in februari 1916 de grote Duitse aanval bij Verdun begon, werd Pétains 1e leger snel naar dit strijdtoneel gestuurd. In de zeer zware strijd rond Verdun wist hij stand te houden door voor alles de nadruk te leggen op bevoorrading en logistiek. Pétain hield het moreel hoog door de troepen zeer snel en regelmatig af te lossen, zodat ze niet te lang aan de 'hel van Verdun' waren blootgesteld. De voortdurende aanvoer van nieuwe troepen gaf de Duitsers de indruk dat de Franse verliezen veel groter waren dan in werkelijkheid het geval was. Deze inzet leverde hem later de naam 'overwinnaar van Verdun' op. Zijn uitspraken "Ils ne passeront pas" (Ze zullen er niet doorkomen) en "Courage! On les aura" (Moed! We zullen ze hebben) raakten algemeen bekend. De Franse opperbevelhebber Joffre moest echter nog altijd weinig weten van Pétains defensieve houding. Zijn voortdurende eisen om nieuwe troepen aan te voeren dwarsboomden Joffres eigen plannen voor een groot offensief aan de Somme. Na twee maanden strijd (de slag om Verdun zou tien maanden in beslag nemen) werd hij weggepromoveerd tot commandant van de legergroep Centrum. Hij werd in Verdun vervangen door generaal Robert Nivelle, die wel een offensieve aanpak voorstelde.