Mit Beginn des Ersten Weltkrieges 1914 diente Schulenburg im Deutschen Heer. Nach der Marneschlacht wurde er im Oktober 1914 zum Hauptmann der Reserve im 1. Garde-Feldartillerie-Regiment befördert. Im August 1915 wurde er vom Auswärtigen Amt zur besonderen Verwendung reklamiert und als deutscher Verbindungsoffizier zur Osmanischen Armee mit Sitz in Erzurum eingesetzt. Er übernahm dort die Aufstellung der Georgischen Legion, einer Einheit georgischer Freiwilliger im Kampf gegen Russland. Er erhielt das Eiserne Kreuz und hohe türkische Auszeichnungen. Nach der russischen Eroberung der Stadt wechselte er 1917 ins Konsulat in Beirut, dann nach Damaskus. 1918 wurde er Gesandter bei der neu gegründeten Demokratischen Republik Georgien in Tiflis. Nach dem Zusammenbruch des Deutschen Reiches internierten britische Truppen ihn zusammen mit Friedrich Freiherr Kreß von Kressenstein auf der türkischen Insel Prinkipo, von wo er 1919 nach Deutschland zurückkehrte.