Namun, dengan dibentuknya Republik Pertama Armenia pada tahun 1918, Bagramyan pun terdaftar sebagai anggota angkatan bersenjata negara itu di Resimen Armenia ke-3. Dari 1 April 1918, yaitu setelah Kesultanan Utsmaniyah menandatangani Traktat Brest-Litovsk (3 Maret 1918) dengan RSFS Rusia, ia berada di Resimen Kavaleri Armenia ke-1, menghentikan sepak terjang Angkatan Darat Utsmaniyah ke-3, yang saat itu bertekad hendak menaklukkan sisa-sisa pasukan republik Armenia, di Karaurgan, Sarikamish dan Kars. Ia juga turut mengambil bagian dalam Pertempuran Sardarabad pada bulan Mei 1918, di mana militer Armenia mencetak kemenangan krusial melawan pasukan Turki. Bagramyan tetap berada di resimen itu sampai bulan Mei 1920.