في يناير 1915، قبل يوم واحد من استدعائه للخدمة العسكرية في الحرب العالمية الأولى، تزوج روزا كوخ. تم تعيينه في المدفعية على الجبهة الغربية، حيث بقي حتى نهاية الحرب، شارك في معركة شامبانيا
(1915<unk>1916) ، معركة سومي (1916), معركة أراس (1917), معركة آيسن الثانية (1917), معركة كامبراي (1917) (1917) ، ومعركة سويسون (1918). لخدماته، حصل ثيلمان على الصليب الحديدي من الدرجة الثانية، والصليب الهانزي وشارة الجرح (مرتين).