Trong khi việc đối đầu giữa các tàu chiến chủ lực trong Chiến tranh Thế giới thứ nhất là hiếm hoi, các đơn vị tàu khu trục hầu như đụng độ liên tục với nhau trong các hoạt động tuần tra và đánh phá. Phát đạn hải pháo đầu tiên nổ vào ngày 5 tháng 8 năm 1914 bởi một tàu khu trục của Phân hạm đội 2, chiếc HMS Lance, khi đụng độ với tàu rải mìn Đức Königin Luise. Tổn thất đầu tiên của Hải quân Anh là tàu tuần dương hạng nhẹ HMS Amphion, dẫn đầu Phân hạm đội 3, đã đi vào một bãi mìn được Königin Luise rải.

Tàu khu trục đã tham gia những trận đánh lẻ tẻ vốn dẫn đến trận Heligoland Bight, và đã đảm nhiệm những vai trò khác nhau trong trận Gallipoli, hoạt động như là tàu vận chuyển binh lính và hỗ trợ hỏa lực, cũng như hộ tống bảo vệ cho hạm đội. Có trên 80 tàu khu trục Anh và 60 tàu phóng lôi Đức đã tham gia trận Jutland, bao gồm những cuộc đụng độ của các tàu nhỏ xen giữa hạm đội chính, và nhiều cuộc tấn công liều lĩnh bằng tàu khu trục không được hỗ trợ nhắm vào các tàu chiến chủ lực. Trận hải chiến lớn nhất của Thế Chiến I kết thúc bởi trận chiến đêm lộn xộn giữa Hạm đội Biển khơi Đức và một phần của lực lượng tàu khu trục hộ tống Anh.

Mối đe dọa phát sinh trong Thế Chiến I cùng với việc phát triển của tàu ngầm, hoặc U-boat. Tàu ngầm có khả năng lẩn tránh hỏa lực pháo và tiếp cận dưới nước để tấn công bằng ngư lôi. Những tàu khu trục thời kỳ đầu chiến tranh có đủ tốc độ và hỏa lực để ngăn chặn tàu ngầm trước khi chúng lặn xuống, có thể bằng pháo hay bằng cách húc chìm. Tàu khu trục cũng có tầm nước nông đến mức ngư lôi khó có thể đánh trúng chúng.

Việc mong muốn tấn công tàu ngầm dưới nước đã dẫn đến sự cải biến đáng kể tàu khu trục trong chiến tranh, khi chúng nhanh chóng được trang bị mũi tàu cứng để húc, mìn sâu và máy dò âm dưới nước để xác định mục tiêu tàu ngầm. Chiến công đầu tiên là tàu ngầm Đức U-19 đã bị tàu khu trục HMS Badger húc trúng vào ngày 29 tháng 10 năm 1914. Trong khi U-19 chỉ bị hư hại, trong tháng tiếp theo HMS Garry đã húc chìm U-18. Vụ đánh chìm bằng mìn sâu đầu tiên là vào ngày 4 tháng 12 năm 1916, khi UC-19 bị HMS Llewellyn đánh chìm.[13]

Mối đe dọa của tàu ngầm đã khiến nhiều tàu khu trục trải qua hầu hết thời gian của chúng tuần tra chống tàu ngầm; và khi Đức tiến hành chiến tranh tàu ngầm không hạn chế vào tháng 1 năm 1917, tàu khu trục được sử dụng để hộ tống các đoàn tàu vận tải. Tàu khu trục Hải quân Mỹ là những đơn vị đầu tiên được gửi đi khi Mỹ tham chiến, và một hải đội tàu khu trục Nhật Bản thậm chí còn tham gia các cuộc tuần tra của Đồng Minh tại Địa Trung Hải. Nhiệm vụ tuần tra không phải là an toàn; trong tổng số 67 tàu khu trục Anh bị mất trong cuộc chiến, việc va chạm đã làm mất 18 chiếc, trong khi có 12 chiếc bị mất do mắc cạn.

Đến cuối chiến tranh, mức độ tinh xảo của kỹ thuật đóng tàu khu trục được thể hiện bởi các lớp tàu khu trục V và W của Anh Quốc.