Í fyrri heimsstyrjöldinni þjónaði Neilson í fótgönguliði Bandaríkjanna sem liðsforingi. Árið 1917, 41 ára gamall, mætti hann í æfingu fyrir lögreglumenn í Plattsburgh í New York. Árið 1918 tók Neilson þátt í öðru Marne-baráttu.
Ūegar yfirmaður hans var drepinn. Hann meiddist í bardaga en tók þó stjórn á samherjum sínum og hélt þeim í öruggum skjólum í sólarhring. Hann var skotinn í magan og nokkur skotskjöld. Hann dvaldi restina af stríðinu á sjúkrahúsi og var síðar verðlaunaður með frönskum stríðsskreysti og Distinguished Service Cross.