Dopo un anno d'insegnamento a Montpellier si trasferì ad Amiens nel 1913, dove lo colse lo scoppio della prima guerra mondiale. Bloch si arruolò come volontario, così come altri 800 studenti dell'École. Ottenne il grado di sergente di fanteria. Il 2 agosto 1914 fu assegnato al 272º Reggimento della Riserva, schierato sul confine con il Belgio, dove nello stesso mese partecipò alla Battaglia delle Ardenne. Nella successiva ritirata raggiunse l'Argonne il 25 agosto e la Marna nei primi giorni di settembre, dove combatté alla Prima battaglia della Marna. Partecipò successivamente alla Battaglia della Somme (1916), e nel 1918 all'Offensiva di primavera ed all'Offensiva della Mosa-Argonne. Al comando di una sezione, terminò il conflitto col grado di capitano nei servizi d'informazione. Ebbe quattro citazioni all'ordine del giorno, fu decorato con la Legion d'onore per fatti militari, ed ebbe la Croce di guerra.