В конце января 1917 года поручик Ф. И. Толбухин был направлен в формирующийся 13-й Заамурский пограничный пехотный полк 4-й Заамурской пограничной пехотной дивизии на должность командира батальона. Имея большой авторитет среди солдат за храбрость и справедливое отношение к ним, после Февральской революции он был избран председателем полкового солдатского комитета. С полком прибыл на фронт и в июне 1917 года участвовал в Июньском наступлении. В бою получил сильную контузию, а за храбрость в августе произведён в штабс-капитаны. После длительного пребывания в госпиталях в декабре 1917 года Толбухин получил двухмесячный отпуск по болезни. Вернулся в Петроград и уже там в марте 1918 года демобилизовался.