1915 metų sausį, likus dienai iki jo pašaukimo į karinę tarnybą Pirmojo pasaulinio karo metu, jis vedė Rosą Koch. Jis buvo paskirtas į artileriją Vakarų fronte, kur jis liko iki karo pabaigos, dalyvaudamas Šampanės mūšyje.
(1915-1916 m.), Somės mūšis (1916 m.), Araso mūšis (1917 m.), Antrasis Ainos mūšis (1917 m.), Kambro mūšis (1917 m.) (1917 m.) ir Soissons mūšis (1918 m.). Už savo tarnybą Thälmannas gavo Geležinį kryžių antrojo laipsnio, Hanzos kryžių ir žaizdos ženklą (du kartus).