Mit der Kriegserklärung Italiens an Österreich-Ungarn am 23. Mai 1915 wurde Roncalli wie alle seine vier Brüder eingezogen. Er diente erst als Sanitätssoldat, später wurde er Militärseelsorger. 1916 wurde Roncalli zum Leutnant befördert und an die Front versetzt, im Oktober 1917 war er als Feldkaplan bei der Schlacht um Caporetto im Reservelazarett „Ricovero Nuovo“ in Bergamo eingesetzt. Erst im Frühjahr 1919 wurde er aus dem Militärdienst entlassen.