1911 році М.Гамелен призначений командиром 11-го батальйону альпійських стрільців в Аннесі. У березні 1914 року його повернули до Генерального штабу, де він вдруге став ад'ютантом генерала Ж.Жоффра. З початку Першої світової війни він входив до складу оперативного управління вищого командування, яке виконувало завдання з планування військових операцій. Зокрема, М.Гамелен брав участь у розробці плану битви на Марні, яка стала поворотним моментом у війні на Західному фронті. У квітні 1916 року йому присвоєне звання полковника, а за значні досягнення у справі управління військами він достроково підвищений у бригадні генерали вже за вісім місяців. З квітня 1917 року М.Гамелен очолив 9-ту піхотну дивізію, якою командував до кінця війни.