Aan het begin van de Eerste Wereldoorlog werd Kirchheim een gezelschapscommandant in het Hannoverse Jäger Bataljon nr. 10. Met zijn bataljon nam hij deel aan de gevechten aan het Westelijk Front, waar hij op 24 augustus 1914 tot kapitein werd bevorderd. Op dezelfde dag werd Kirchheim door de nek geschoten... toen hij een Engelse batterij wilde innemen bij Fontaine aux Pierre, ten oosten van Cambrai. Na zijn herstel werd hij en zijn bataljon overgeplaatst naar het nieuw opgerichte Alpine Corps in mei 1915 en werd met hen ingezet in Tirol, Oostenrijk-Hongarije.
Ik weet het. De aartshertog Karl bezocht het bataljon op 27 juni en gaf hem de Edelweiss-badge, die werd gedragen tot het einde van de campagne naar Shako en Cap. Zijn bataljon zou begin 1916 terug naar het Westelijk Front worden overgeplaatst om deel te nemen aan de Slag bij Verdun, waar Kirchheim gewond raakte en naar het Charleville-ziekenhuis werd gestuurd. Op 15 augustus werd Kirchheim benoemd tot commandant van het bataljon. Op 25 augustus 1918 leidde Kirchheim zijn bataljon om de Kemmel aan te vallen toen een artilleriegranat hem in het hoofd verwondde. Voor zijn hoge verdienste bij het bestormen werd Kirchheim op 12 mei voor de Pour le Mérite ingediend, maar ontving deze niet. In de defensieve slag tussen de Somme en Oise onderscheiden Kirchheim en zijn bataljon zich opnieuw op zo'n manier dat hij voor de tweede keer door zijn regimentcommandant voor de onderscheiding werd voorgesteld. Op 13 oktober 1918 gaf keizer Willem II een kabinetsbevel uit om de Pour le Mérite uit te reiken aan de verdiende officier. In de laatste weken van de oorlog werden Kirchheim en zijn bataljon opnieuw herontplooid, deze keer zagen ze actie op de Balkan. Na de terugtocht in Servië en Macedonië keerden ze terug naar Duitsland via Hongarije en de Donau en de Sava.