Ольга создала при Павловском дворце клинику, где ухаживала за ранеными солдатами вместе со своей невесткой, великой княгиней Елизаветой Маврикиевной. Другие члены императорской семьи, такие как княгиня Елена и внучка Ольги великая княгиня Мария Павловна, основали полевые госпитали на фронте. По мере того как война продолжалась, Ольга осознала растущий кризис в России и попыталась предупредить царицу Александру в 1916 году об опасности революции, но русская императрица не хотела слушать её. Через несколько недель Ольга вызвала ярость царицы, подписав прошение о помиловании её внука, великого князя Дмитрия Павловича, сосланного на персидский фронт за участие в убийстве Григория Распутина.