Първата световна война, избухнала през лятото на 1914 г., възражда в управляващата либерална коалиция и монарха надеждите за национално обединение. Страната и армията обаче не са готови за нова война. В политическите и военните среди няма единство относно вземането на страна в конфликта. С местоположeнието и с боеспособната си армия България е желан съюзник както за Централните сили (Германия, Австро-Унгария и Турция), така и за Съглашението (Англия, Франция и Русия). Временните успехи на Централните сили, провалът на Дарданелската операция на Съглашението и сключеният заем от 500 млн. лева укрепват прогерманската ориентация на управляващите.
На 24 август 1915 г. България сключва договор с Германия, военна конвенция с Германия и Австро-Унгария и спогодба с Турция, а на 10 септември е обявена обща мобилизация. Численият състав на Действащата армия възлиза на 616 680 души и 960 оръдия, сведени в три армии.
На 1 октомври 1915 г. България обявява война на Сърбия. В оперативно отношение Действащата армия е подчинена на командващия съюзническите войски на Балканите генерал-фелдмаршал Август фон Макензен. Основната ѝ задача е да участва в разгрома на сръбската армия и да осигури връзката между съюзниците и Турция.
През маневрения период на войната (1915 – 1916) българските войски участват в две кампании. Кампанията в Сърбия и Македония постига разгром на сръбската армия и отхвърляне на съглашенските войски отвъд гръцката граница. Кампанията в Добруджа и Румъния завършва с поражение на руско-румънските войски и установяване на Северния фронт в делтата на р. Дунав и по р. Серет.
През позиционния период на войната (1917 – 1918) Българската армия води отбранителни бойни действия, защитавайки позициите си на Северния и на Южния фронт.
В хода на кампанията в Сърбия и Македония Българската армия провежда три операции. Моравската настъпателна операция (1 – 27 октомври 1915) е част от стратегическата операция на групата армии „Макензен“ за разгром на сръбската армия. Проведена е от 1-ва българска армия под командването на генерал-лейтенант Климент Бояджиев. В хода на операцията войските овладяват Пиротския и Нишкия укрепен район, установявайки контрол над долината на р. Морава.
Овчеполската настъпателна операция (1октомври – 12 ноември 1915) е подготвена от българското главно командване. Проведена е от 2-ра армия под командването на генерал-лейтенант Георги Тодоров. За седем дена българските войски достигат Овче поле, овладяват градовете Куманово и Велес и навлизат в долината на р. Вардар. Северната група на армията отразява сръбски контраудар на фронта Враня, Гниляне, Качаник. Южната група спира настъпващите от Солун по долината на р. Вардар англо-френски войски и ги преследва до гръцката граница.
Косовската настъпателна операция (18 октомври – 21 ноември 1915) е продължение на Моравската. След форсиране на р. Морава частите на 1-ва армия отхвърлят противника, овладяват гр. Прокупле и преминават в преследване, завършило с овладяването на гр. Прищина и Косово поле. Части от Северната група на 2-ра армия след отблъскване на сръбския контраудар при Феризово и Гниляне преминават Шар планина и влизат в гр. Призрен. На 16 ноември част от сръбските войски капитулира, а основните сили, изоставяйки тежкото си въоръжение и техника, се прехвърлят през Албанските планини на Адриатическия бряг.
Намесата на Румъния във войната на страната на Съглашението на 27 август 1916 г. открива втори фронт на Балканите. Добруджанската операция (1 септември 1916 – 3 януари 1917) е част от стратегическата операция на групата армии „Макензен“ за изваждане на Румъния от войната. Проведена е от 3-та българска армия под командването на генерал Стефан Тошев.
На 6 септември 1916 г., с решителен щурм след тридневни боеве под командването на генерал-майор Пантелей Киселов, частите на 4-та пехотна Преславска и на 1-ва пехотна Софийска дивизия превземат Тутраканската крепост – най-важният опорен пункт на румънската отбрана в Южна Добруджа. На 7 септември край гр. Добрич Варненският отряд на генерал-майор Тодор Кантарджиев, усилен с два полка от 6-а пехотна дивизия и с един турски полк и 1-ва конна дивизия на генерал-майор Иван Колев, разбиват една руска и една сръбска дивизия.
Понесла поражения по линията Тутракан – Добрич и в срещните боеве при Олтина – Караомер – Мангалия, руско-румънската армия се изтегля на укрепената линия Расово – Кубадин – Тузла. На 21 октомври 1916 г. 3-та армия постига решаващ пробив в центъра на Кубадинската позиция. След превземането на Кюстенджа и Черна вода на р. Дунав преследването на противника е преустановено в най-тясната част на Северна Добруджа. Част от войските влизат в състава на Дунавската армия, която форсира реката при Свищов-Зимнич и след превземането на Букурещ преследва румънските войски на изток до р. Серет. На 15 декември 3-та армия подновява настъплението в Северна Добруджа, пробива укрепената позиция между с. Черна и р. Дунав и на 3 януари 1917 г. овладява гр. Мачин – последния опорен пункт на руските войски южно от р. Дунав.
През позиционния период на войната решаващо значения добива Южният фронт. От р. Шкумба, западно от Охридското езеро до устието на р. Струма фронтът с дължина 345 км е защитаван от 11-а германска армия, съставена главно от български пехотни части, и 1-ва и 2-ра българска армия. Беломорският бряг между реките Струма и Марица е охраняван от 4-та българска армия, сформирана през ноември 1917 г. Към септември 1918 г. общата численост на Действащата армия достига 697 157 души и 1 459 оръдия, а общият брой на мобилизираните българи – 857 063 души.
Разтеглена на огромен фронт, без оперативни и стратегически резерви, не добре снабдена, Българската армия почти 3 години удържа натиска на нарастващите съглашенски сили. Паметни са боевете при Червената стена, Завоя на р. Черна, Добро поле, връх Яребична и Дойран.
На 15 септемрви 1918 г. започва мощна съглашенска офанзива по фронта от Охридското езеро до гр. Дойран. 9-а пехотна дивизия под командването на генерал-майор Владимир Вазов, отбраняваща Дойранския участък, устоява на 48-часова артилерийска атака и 14 газови нападения. В ожесточено сражение, продължило 4 денонощия са разбити 2 английски и 1 гръцка дивизия. Противникът губи 11 673 убити и 547 пленени, а 9-а дивизия – 1 728 убити и безследно изчезнали и 988 ранени.
В направлението на главния удар съглашенското командване осигурява почти четирикратно превъзходство и на 17 септември 1918 г. постига пробив в българските позиции на Добро поле. Брожението сред отстъпващите български части прераства във войнишко въстание срещу правителството и монархията. На 29 септември 1918 г., по искане на българското правителство е сключено Солунското примирие. Войските западно от Скопския меридиан остават в заложничество, но нито едно бойно знаме не попада в ръцете на противника.
Участието в Първата световна война е най-тежкото военно усилие в историята на България, довело до непосилно мобилизационно напрежение и изтощаване на стопанските ресурси. Бойните действия с голяма интензивност и продължителност струват на страната 101 224 убити, умрели и безследно изчезнали и 155 026 ранени.
