Khi Thế chiến thứ nhất nổ ra, Witzleben đang là phụ tá lữ đoàn trong Lữ đoàn bộ binh dự bị 19, trước khi được thăng cấp bậc Hauptmann (đại úy) và chỉ huy đại đội trong Trung đoàn bộ binh dự bị số 6 vào tháng 10 năm 1914. Không lâu sau đó, ông được thăng chức tiểu đoàn trưởng. Đơn vị của ông đã tham chiến ở Verdun, vùng Champagne và Flanders, cùng những nơi khác. Ông từng bị thương nặng và được tặng thưởng Huân chương Thập tự Sắt, cả hạng nhất và hạng nhì. Sau đó, ông được cử đi đào tạo tại Bộ Tổng Tham mưu và chứng kiến chiến tranh kết thúc với tư cách là Sĩ quan tham mưu thứ nhất của Sư đoàn 121.