Po wejściu Stanów Zjednoczonych w I wojnę światową, w kwietniu 1917 roku, Middleton został przydzielony do 4. Dywizji Piechoty i wkrótce uczestniczył w akcji jako dowódca batalionu podczas
Druga bitwa nad Marną. Trzy miesiące później, po kilku drobnych rolach pomocniczych, jego jednostka poprowadziła atak podczas ofensywy Meuse-Argonne, a Middleton został dowódcą pułku. Ze względu na wyjątkowe osiągnięcia na polu bitwy, 14 października 1918 roku został awansowany do stopnia pułkownika, stając się w wieku 29 lat najmłodszym oficerem tego stopnia w amerykańskich siłach ekspedycyjnych (AEF). Otrzymał również medal za wybitną służbę. Po I wojnie światowej Middleton służył w Szkole Piechoty Armii Stanów Zjednoczonych, Szkole Dowództwa i Sztabu Generalnego Armii Stanów Zjednoczonych, Wojskowej Szkole Armii Stanów Zjednoczonych i jako dowódca kadetów w LSU. Odszedł z armii w 1937 roku, aby zostać dziekanem administracji, a później kontrolerem i wiceprezesem w LSU. Jego kadencja w LSU była pełna trudności, ponieważ Middleton stał się jednym z kluczowych graczy w pomocy uniwersytetowi w odzyskaniu się od dużego skandalu, w którym sprzeniewierzono prawie milion dolarów.