Esimesest maailmasõjast võttis Litzmann osa augustist 1914. rühma- ja patrullijuhina 6. ratsastatud kütirügemendis. Novembris 1914 jäi Karl-Siegmund Litzmann koos oma 261 reservi-jalaväe-rügemendiga Lodzi katlasse, kuid üksus suutis ta isa juhtimise all 3. jalaväe-kaardi-diviisi eesotsas välja murda. Karl-Siegmund Litzmann sai sõja edasises käigus kolm korda raskelt haavata, talle anti nii 2. kui 1. klassi Raudristi ja autasu Hausorden von Hohenzollern. 1917. aastal oli ta ühe korpusekomando käsundusohvitser ja hiljem sideohvitser ühes Austria-Ungari diviisis. 1918. aastal teenis ta kompanii- ja hiljem pataljoniülemana kaardi-füsileerrügemendis.