Mit Ausbruch des Ersten Weltkriegs wieder verwendet, erhielt Wuthenau als Oberst das Kommando über das Reserve-Infanterie-Regiment Nr. 107. Mit diesem Regiment nahm er an den Kämpfen an der Westfront teil und konnte sich während der Schlacht an der Somme vom 14. bis 30. Juli 1916 am Delvillewald und bei Guillemont westlich von Combles durch persönliche Tapferkeit auszeichnen. Dafür wurde er am 28. August 1916 mit dem Ritterkreuz des Militär-St.-Heinrichs-Ordens beliehen. Am 4. Mai 1917 wurde Wuthenau zum Kommandeur der an der Ostfront stehenden 48. Reserve-Infanterie-Brigade ernannt. Mit ihr lag er zunächst in Stellungskämpfen zwischen Narajowka und Zlota Lipa. Bei Brzezany konnten russische Truppen während der Kerenski-Offensive ab 1. Juli 1917 nach zweitägiger Artillerievorbereitung die Gräben der ersten Stellung in der Linie Dzikie Lany und der Lysonia-Höhe einnehmen. Den von Wuthenau geführten Truppen gelang es in hartnäckigen Kämpfen bis 7. Juli 1917, das verlorene Terrain zurückzuerobern. Für diese Leistung wurde er am 10. August 1917 mit dem Komtur II. Klasse des Militär-St.-Heinrichs-Ordens ausgezeichnet. Ende Oktober 1917 verlegte Wuthenau mit seiner Brigade in den Westen nach Flandern, kämpfte in der Schlacht von Cambrai und nahm im März/April 1918 an der Deutschen Frühjahresoffensive teil. In den folgenden Monaten stand er mit seinem Großverband in permanenten Abwehrkämpfen, führte nach dem Waffenstillstand die Reste seine Brigade in die Heimat zurück und wurde schließlich im Dezember 1918 als Generalmajor verabschiedet.