Pracował nad modyfikacją Planu Schlieffena, bezskutecznie domagając się zwiększenia wydatków na wojsko. W 1912 został dowódcą 39. Regimentu Fizylierów stacjonującego w Düsseldorfie. Tuż przed wybuchem wojny awansował na generała majora i objął dowództwo nad 85. Brygadą Piechoty.
W I wojnie światowej przesunięty na front, dowodził brygadą stacjonującą w Strasburgu. W roku 1914 odebrał kapitulację belgijskiej twierdzy Liège, co było jednym z pierwszych sukcesów niemieckich w czasie wojny. W uznaniu zasług uhonorowany przez cesarza Wilhelma II orderem Pour le Mérite, został następnie szefem sztabu 8. Armii pod dowództwem Hindenburga i miał udział w spektakularnych zwycięstwach nad Rosjanami pod Tannenbergiem i nad Jeziorami Mazurskimi. W sierpniu 1916 roku, po przejściu Hindenburga na stanowisko szefa sztabu generalnego, Ludendorff został mianowany generalnym kwatermistrzem armii niemieckiej. Wspólnie z Hindenburgiem odgrywał w tym czasie wiodącą rolę w państwie, nie tylko w administracji wojskowej, ale i cywilnej. Występował na rzecz prowadzenia nieograniczonej wojny podwodnej. Brał udział w przygotowaniu Aktu 5 listopada (1916). Ważną rolę odegrał w zawarciu pokoju z Rosją w Brześciu w marcu 1918 roku. Przygotował następnie plan tzw. ofensywy wiosennej na froncie zachodnim.