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