V januarju 1915, dan preden je bil poklican v vojsko v prvi svetovni vojni, se je poročil z Roso Koch. Bil je postavljen v topništvo na zahodni fronti, kjer je ostal do konca vojne, sodeloval je v bitki pri Champagneu.
(1915<unk>1916), bitka na Sommi (1916), bitka pri Arrasu (1917), druga bitka pri Aisne (1917), bitka pri Cambraiju (1917) (1917) in bitka pri Soissonsu (1918). Za svoje delo je Thälmann prejel železni križ drugega razreda, hanzeatski križ in odznak za rane (dvakrat).