資本主義列強在爭奪霸權、瓜分世界的鬥爭中，為了削弱對手，不可避免地要尋找同盟者。1882年，德、奧、意三國由於某種利益關係，達成協議，成立三國同盟。1907年，英、法、俄三國最終成立了“協約國集團”。這樣，兩個軍事集團終於在1907年最後形成了。1914年，歐洲的兩大軍事集團——同盟國集團和協約國集團的矛盾日趨激化，而由德、奧、意三國組成的同盟國集團更加急於挑起戰爭。
1914年6月28日，奧匈帝國在波斯尼亞的首府薩拉熱窩，組織了以塞爾維亞為假想敵人的軍事演習，狂熱的軍國主義分子、皇儲、軍人黨首領弗蘭茨·斐迪南親自到薩拉熱窩，檢閱15、16兵團，並指揮演習。奧匈帝國的蓄意挑釁激起塞爾維亞愛國者的極大憤怒。“黑手黨”立即擬訂襲擊斐迪南的計劃，6月28日，在薩拉熱窩主要街道多處設下埋伏。上午10時左右，斐迪南夫婦在城郊檢閱完軍事演習後，乘坐敞篷汽車，進入薩拉熱窩城內，埋伏在鬧市區的黑手黨員向他投出了一枚炸彈，炸中汽車後部。斐迪南被彈片擦傷臉皮，他還故作鎮靜，在市政府略事休息，又繼續乘車招搖過市。當車隊從市政廳駛往陸軍醫院時，終於在街口拐角處，被17歲的愛國者普林西比射出的一顆“仇恨的子彈”擊中腦袋，立時斃命。他的妻子腹部也挨了一槍，倒在血泊中。
帝國主義立即用薩拉熱窩事件作為發動戰爭的借口。德國皇帝威廉二世叫嚷：“這是千載難逢的機會！”敦促奧匈帝國對塞爾維亞發動戰爭“不必踟躕”，千萬不要“放過這次如此有利的機會”。奧匈帝國首先發難，對塞爾維亞宣戰。協約國集團首先是俄國支持塞爾維亞。沙皇尼古拉二世宣布全國總動員。這樣，以德奧為一方，以俄、法、英為一方的世界大戰開始了。1914年8月6日，第一次世界大戰全麵爆發。戰爭從1914年7月起，到1918年11月止，進行了4年又3個多月，戰火從歐洲蔓延到亞洲、非洲和美洲，有30多個國家卷入戰爭，15億人口受到戰爭的禍害，戰火迅速在歐洲大地蔓延。
圖哈切夫斯基剛從軍校畢業，就趕上了這場戰爭。他戀戀不舍地離開母親，踏上了開往彼得堡的火車。等他乘火車到達彼得堡時，謝苗諾夫團已向前線進發。他晝夜兼程，趕上了正在行進中的部隊。他所在的團同第1軍的其他部隊被派去增援伊萬諾夫城下的第4軍。這是一場險惡的戰爭。
在戰爭中，圖哈切夫斯基身先士卒，作戰異常勇敢，總是喊著口號衝鋒在前，深得士兵的尊敬和愛戴，再加上平時圖哈切夫斯基平易近人，時常幫助戰士們解決困難，戰士們也都跟著圖哈切夫斯基勇往直前。1914年9—10月，謝苗諾夫團占領了距克拉科夫不遠的維斯拉河右岸的陣地，而德國人的陣地則在左岸較高的地方，很難發現敵人的火力和人員配備情況，這下圖哈切夫斯基有點兒著急了。怎麼辦呢？不了解敵方的火力，就難以製定進攻戰略。圖哈切夫斯基所在連位於全團的前麵，維斯拉河中間有一個不大的沙島。圖哈切夫斯基認真思考著，腦子裏忽然閃出一個念頭，何不爬上這個沙島去觀察一下德軍是怎樣設防的呢？拿定主意後，他設法弄到一條小船。一天晚上，他用力把小船推離岸邊，然後自己躺在船底，傍晚時分來到島上。他在島上待了整整一夜，摸清了敵方情況，拂曉前順利回到部隊，搞到了團裏急需的寶貴資料。
在克爾熱索茨附近的戰鬥中，圖哈切夫斯基同指揮6連的維謝拉戈中尉一起，率領士兵頂著敵人密集的炮火衝鋒。奧地利人跑過桑河並點火燒了木橋，圖哈切夫斯基穿過燃燒的木橋衝向對岸，士兵們也勇往直前，他們奮力拚殺，殺得奧地利人狼狽不堪，還奪得了奧地利人的戰利品，圖哈切夫斯基和維謝拉戈中尉帶領士兵回到俄軍陣地。當時誰都認為他們不會活著回來了，有的士兵還為他們默默地哀悼。
親人們從《俄羅斯言論報》上得到了他的消息：“圖哈切夫斯基中尉和維謝拉戈中尉炸毀了敵人後方的橋梁，兩位英雄的命運尚無音訊。”隔了一段時間又報道說，圖哈切夫斯基“失蹤了”，親人們都陷入悲痛之中。後來又突然得到消息說，圖哈切夫斯基平安回到俄軍陣地。全家人歡呼雀躍，親人們奔走相告：咱們的圖哈切夫斯基還活著，咱們的圖哈切夫斯基還活著。母親彼得羅芙娜高興得流出了眼淚。
圖哈切夫斯基曾參加不少次戰役，尤其是在被俘前的半年多時間裏，他先後參加的主要戰役有：盧布林戰役、加裏西亞戰役、伊萬諾夫戰役、克拉科夫戰役、羅茲戰役。在戰役中，他總是衝鋒在前，奮勇殺敵，多次受到上級領導的表彰。他也因作戰勇敢，獲得了6枚勳章，從安娜4級勳章到弗拉基米爾4級勳章。然而對圖哈切夫斯基來說，各種榮譽並不算什麼，不能驕傲自滿，更重要的是，他在戰役中，通過實地作戰，學到了很多寶貴的指揮經驗。這對他來說是最最重要的了。
圖哈切夫斯基在一戰中參加的最後一次戰役是東普魯士冬季戰役。1915年初，德國鑒於“施裏芬計劃”破產，西線陷於陣地戰的相持狀態，一時難於突破，而東方的沙俄戰線遼闊，兵力虛弱，於是決定將作戰重心移向東線，先集中兵力打垮俄國，以擺脫兩線作戰的困境，然後回過頭來再對付英法。於是調兵增援東線，使東線德軍達到65個師，加上奧匈軍隊已達100多個師。2月，德軍向俄軍發動猛攻，俄軍大敗。這個時候，俄軍軍需品嚴重不足，步槍、機槍、火炮、子彈、炮彈極其缺乏，再加上軍官們指揮上失誤、軍事思想的錯誤、通訊手段等原因，俄軍的敗局已定。早在1915年1月底，德軍便開始在東線調兵遣將，到了9月，德國東線兵力達65個師，連同奧匈軍隊達107個師，占德奧集團兵力的一半以上。在這次戰鬥中，德軍火炮比俄軍占明顯優勢。1915年2月19日，德軍在大口徑炮火支援下在洛紮施地區轉入反攻，謝苗諾夫團廣大將士奮勇阻擊敵軍，但是由於俄軍火力異常強大，陣地還是被突破了，圖哈切夫斯基所在的7連也被分割包圍，大部分軍官陣亡。在連指揮官遇難後，圖哈切夫斯基承擔起他的重擔，指揮官兵們突圍。但是由於力量對比懸殊，圖哈切夫斯基和幾名俄軍幸存者最後成了德軍俘虜。在相當長的一段時間，都沒有圖哈切夫斯基的消息，很多人都認為他已戰死沙場。團長還命令把圖哈切夫斯基與其他陣亡軍官的名字登了報紙。圖哈切夫斯基一家又陷入了悲痛之中，認為這次他是必死無疑了。他們在家裏為圖哈切夫斯基祭奠亡靈。然而出人意料的是，又過了些天，他們竟然接到了圖哈切夫斯基從俘虜營寄出的一封信，到這時才知道，圖哈切夫斯基居然還活在世上。家裏人又從痛苦中解脫出來。