Después del estallido de la Primera Guerra Mundial, el duque Nicolás Nikoláyevich de Rusia solicitó la participación de la población polaca y Bułak-Bałachowicz se unió al Ejército Imperial Ruso. Su título de noble le permitió ser transferido al segundo regimiento de infantería de Leyb-Courland. Sin embargo, al igual que muchos de sus colegas, Bułak-Bałachowicz demostró sus habilidades como comandante y fue ascendido rápidamente. En diciembre de 1914, solo cuatro meses después de unirse al ejército, recibió la orden de formar a un grupo de cosacos voluntarios en caballería, además de tomar armas en la batalla de Sochaczew, cerca de Varsovia. En 1915, después de la ofensiva alemana, tuvo que retirarse a Letonia. Al encontrarse con el coronel Punin, Bułak-Bałachowicz fue nombrado comandante de tropas.