ז'ילינסקי שירת מה-22 בפברואר 1911 עד ה-4 במרץ 1914 כהמטה הכללי של צבא האימפריה הרוסית. בתחילת מלחמת העולם הראשונה הוא קיבל את הפיקוד על החזית הצפון-מערבית. החזית הצפון-מערבית כללה את הארמיות הראשונה והשנייה בפיקודם של גנרל פאול פון רננקמפף וגנרל אלכסנדר סמסונוב . לאחר מבצע "פרוסיה המזרחית" שנכשל, וההפסדים בקרב טננברג ובקרב הראשון על האגמים המזוריים, הוא הודח מהפיקוד על אף ניסיונותיו להאשים את רננקמפף על הפיאסקו. ז'ילינסקי נשלח כנציג צבאי לצרפת בשנים 1915-1916 וחזר לרוסיה בסתיו 1916. ב-19 בספטמבר 1917 הוא פרש מהצבא.