Na začátku první světové války Witzleben sloužil jako brigádní adjutant v 19. rezervní pěší brigádě, než byl v říjnu 1914 povýšen na kapitána a velitele roty v rezervním pěším pluku č. 6. Později se stal velitelem praporu ve stejném pluku. Jeho jednotka bojovala u Verdunu, Champagne
region a Flanders, mimo jiné. Byl vážně zraněn a byl oceněn Železným křížem první i druhé třídy. Poté byl poslán na výcvik generálního štábu a byl svědkem konce války jako první generální důstojník 121. divize.