Jako rezervní důstojník nastoupil koncem července 1914 v důsledku mobilizace k určeném vojenskému útvaru. Koncem roku 1914, již v hodnosti poručíka byl jako velitel roty C. k. pěšího pluku č.36 vyslán na ruskou frontu. V květnu následujícího roku se dostal v "Sinavě", v Haliči do ruského zajetí. Jeho poslední pobyt v zajetí byl ve vesnici "Msensk", v Orlovské gubernii. Začátkem roku 1916 vstoupil Robert Vobrátilek dobrovolně do srbské armády, s níž jako podporučík Srbského dobrovolnického sboru, 1.dobrovolnické divize, 1.pěšího pluku účastnil bojů v Dobrudži. V srpnu 1916 byl zraněn a následně odvezen do oděského lazaretu. Po vyléčení se vrátil na frontu, ale koncem září 1916 byl opětovně zraněn. Po vyléčení byl v únoru roku 1917 povýšen do hodnosti poručíka srbské armády. V srbské armádě odsloužil celkem 7 a půl měsíce. Dne l0. března 1917 přešel do československých legií v Rusku. Byl přidělen k 9. rotě l2. střeleckého pluku s hodností podporučíka ruské armády. Krátce na to se stal velitelem 2. roty 3. střeleckého pluku a kocem května roku 1917 velitelem 1. praporu III. pluku, s nímž se účastnil bitvy u Zborova. V bitvě utrpěl vážné zranění, které jej na čas vyřadilo z bojů. V srpnu 1917 se však uzdravil, avšak s těžkým zrakovým defektem se vrátil na bojiště. Byl zařazen do 1. čs. střelecké divize a stal se velitelem 3. praporu 4. střeleckého pluku. S ním se účastnil bitvy u Bachmače, kde se významně podílel na úspěšných bojích. V dubnu 1918 bojoval spolu s por. Janem Gayerem u Penzy, "Bezenčuku" a Lipjag. Po těžkém zranění por. Gayera převzal v červnu 1918 velení celého pluku a s ním dobyl Samaru, Syzraň a Nikolajevsk. V srpnu 1918 byl Robert Vobrátilek povýšen do hodnosti kapitána. V dubnu 1919, již v hodnosti majora přešel Robert Vobrátilek do štábu Československých legií na Rusi a stal se vojenským velitelem Irkutska a později posádkovým velitelem v Charbinu. Teprve 20. října 1920 opustil své poslední působiště na východě a vrátil se do vlasti.