Mitte 1916 wurde er zur Feldartillerie auf die Philippinen versetzt, Anfang 1917 dann zur 2. Flugschwadron. Seine ersten Kampferfahrungen sammelte Brereton, nachdem er im Oktober 1917 zur europäischen Front kam. Mit der 12. Flugschwadron, die eine der ersten amerikanischen Einheiten an der Front war, kämpfte Brereton bei Toul und Lunéville und nahm an der Attacke bei Vaux im Juli 1918 teil. Nach den Einsätzen zur Unterstützung der Operationen während der Schlacht von St. Mihiel, wofür er das Distinguished Service Cross erhielt, wurde er im Oktober 1918 von Billy Mitchell zu dessen Operationsoffizier ernannt.