En 1916, lors de l'entrée de la Roumanie dans la Première Guerre mondiale dans le camp de l'Entente, il prend le commandement d'un troisième groupe d'armées von Mackensen, aussi composite que celle du front serbe, destiné à attaquer la Roumanie en Dobrogée, écrasant les Roumains à la bataille de Turtucaia et faisant reculer les forces roumano-russes du général Andreï Zaïontchkovski, pour s'emparer ainsi de toute la Dobrogée et de ses ports sur la mer Noire. Cette action d'éclat lui vaut l'une des cinq Grand-croix de la Croix de fer décernées pendant la Première Guerre mondiale. C'est sous le commandement de Falkenhayn que tombe Bucarest mais Mackensen est nommé gouverneur de ces territoires occupés riches en pétrole.