Nel maggio 1915, con l'ingresso dell'Italia nella prima guerra mondiale fu destinato al fronte delle Alpi Giulie, e, nel 1916, fu nominato maggiore nell'Arma di Cavalleria. Il 25 febbraio 1917 fu promosso al grado di tenente colonnello. Messosi particolarmente in luce dopo la ritirata di Caporetto, nell'azione di protezione del ripiegamento della 2ª Armata fra il Tagliamento e le linee del Piave, Ambrosio, il 6 gennaio 1918, conseguì la promozione al grado di colonnello nell'Arma di Cavalleria.