In den ersten Monaten des Weltkriegs unterstützte Stein mit seiner Brigade die 1. Infanterie-Division in den Gefechten in Lothringen, vor Nancy-Épinal, an der Somme und zum Ende 1914 bei Péronne. Am 10. September 1914 wurde er zum Generalleutnant befördert, unter Belassung in seiner Stellung als Brigadekommandeur. Nach einer zwischenzeitlichen Verwundung übernahm Stein am 20. Januar 1915 das Kommando über die 8. Reserve-Division. Im Kampf um den Reichackerkopf vom 19. Februar bis 20. März 1915 (1. Schlacht bei Münster) gelang es ihm, mit kaum kampferprobten Reserve-Infanterie-Regimentern die Höhe zu nehmen und zu halten.