一战爆发后，美国政府出于自身利益考虑，没有介入这场震撼全欧洲的战争。1917年1月，“齐默尔曼电报事件”曝光，美国国内掀起反德浪潮。2月，德皇威廉二世宣布实施无限制潜艇战，对行驶在大西洋的舰船不分国籍进行攻击。尽管美国总统威尔逊向德国人发出了警告，但仍然有很多美国商船被德国潜艇击沉。
此时欧洲战事已经进行了2年多，各国耗尽了人力和物力，可仍然没有任何一方能够赢得胜利，威尔逊认为美国参战的时机已经成熟。1917年4月2日，他向国会请求对德国宣战，四天后得到批准。巴顿期盼已久的战争终于来临了。
约翰·潘兴此时凭借在墨西哥指挥远征军作战的功勋已经晋升为少将，巴顿上尉则继续留在他的身边担任临时副官。当威尔逊对德宣战时，决定让潘兴组建一个步兵师，作为美军首批参战部队赴法国协同英法联军作战。不久之后，潘兴又被任命为美国远征军总司令，指挥所有赴法部队。为此他物色了一批有能力的军官，巴顿上尉就在其中。
5月，潘兴和巴顿作为首批赴法先遣队成员从纽约出发，乘船前往欧洲。
最初的工作以联络和训练部队为主。7月，潘兴带着巴顿和两名少校拜访英国远征军司令道格拉斯·黑格元帅。虽然潘兴和黑格的军衔相差好几级，可后者丝毫不敢怠慢眼前的美军少将，毕竟对方身后是拥有9800万人口、经济总量占世界第一，而且没有在这场战争中受到丝毫破坏的国家。
黑格对潘兴身边的巴顿也印象深刻，与“温文尔雅、富有绅士风度”的潘兴不同，巴顿给黑格的印象是“脾气火爆、争强好胜”。黑格也是骑兵出身，也喜欢打猎和马球，所以他很喜欢巴顿。两个人还曾讨论过军刀问题，更加深了黑格对巴顿的良好印象。在巴顿眼中，这位英军主帅“比我还像一匹战马”。
告别黑格后，一行人赶赴美军训练营地。让巴顿沮丧的是，陆续抵达法国的美军士兵不仅军事素质奇差，一个个还自由散漫，就连军官也一副懒洋洋的做派。这样的部队能否在战场上一战？更不要提打胜仗了。
9月，协约国最高统帅部决定将美军部署在法国洛林地区，潘兴也将自己的指挥部搬到了法国东部小城肖蒙，这里距离巴黎240公里。巴顿跟随潘兴来到肖蒙，负责指挥司令部直属的一个连和一个摩托车分队。此外他还担任司令部的防空任务。
在前线双方都无法打破“堑壕战”的僵局。进攻的一方需要跨过“死亡区”，对方的机枪、大炮以及带刺的铁丝网都是必须解决的难题。即便冲入敌方战壕，面对的也是同对方全副武装的士兵进行近身肉搏。
明智的做法是加强冲锋前的炮火准备（通常是延长几天），趁着铁丝网被打烂、敌方防御工事被严重破坏时，步兵一窝蜂似地冲过去。此时敌方还会有些防御装备没有遭到损坏，士兵们在听到警报后，会立即操枪射击冲到跟前的敌人，身后隐蔽起来的火炮则会在死亡区形成一道火力网，拦截跟进的进攻部队。所以每次进攻都要付出高昂的代价，而取得的战果则相当轻微。
释放毒气也是一种手段，可弊端也同样明显。因为即便通过释放毒气把守军赶走，进攻一方也无法进入受到污染的地区。如果士兵们都戴上防毒面具，会影响到行动效率和战术动作。
巴顿也在苦苦思索打破僵局的良策，在此期间他接触到了一种新式武器——英国人发明的坦克。从理论上讲，坦克具有良好的防护性、机动性和突击能力。它的外壳装甲能够抵御敌军轻武器的杀伤，同时自身配备的机枪、火炮，或是依靠自身的冲击力能摧毁敌方火力点和铁丝网等障碍物，引导步兵冲锋。
不过坦克在战场上最初的尝试并不理想，显然在一种新武器面世之初，人们还没有掌握如何发挥它的作用。美国当时还没有研制出坦克，但巴顿和一些参谋军官们取得了一个共识：美军应该组建自己的坦克部队，如果没有自己研制的坦克，可以考虑向英法购买。
巴顿还认为，自己是军中最适合担任坦克指挥官的人选。在一封写给友人的信中他说列举了自己五大优势，其一他是一名优秀的骑兵，轻型坦克作战与骑兵作战本质上是一样的；其二他会修理汽车发动机，而且了解发动机是如何运转的；其三是他能讲一口流利的法语，在学习和掌握这种新武器时，与法国同行的交流不存在障碍；其四是他在墨西哥亲身体验过“乘汽车进攻作战”；最后是自己身上与生俱来的自信心。
与此同时，他也厌倦了司令部的工作，即便在这里可以更容易地得到晋升（巴顿已经是少校）。这里的人军纪散漫、毫无斗志，怎么看都不是胜利之师的风貌。和潘兴之间的“裙带关系”也是他考虑的因素。离开美国前，潘兴和自己的妹妹妮塔的感情已经到了谈婚论嫁的程度，若不是这场战争，两个人可能早已组建新的家庭。他觉得只有离开司令部，离开潘兴到一线担任指挥官，才能向别人证明，自己是依靠个人能力开创一片新天地的。
在下定决心离开司令部后，还要面临一项选择，是指挥一个步兵营还是一支坦克部队。他虽然对坦克感兴趣，可作为一个前途未卜的新武器，坦克可能给自己带来辉煌的成功，也可能让自己遭遇足以毁掉前程的失败。彷徨无助时，巴顿竟在前线患上了黄疸病，不得不于1917年10月住进了医院。
住院期间，他遇到了在弗利堡骑兵兵种学校的上司福克斯·康纳上校。此人在历史上知名度并不高，1874年出生的他在二战爆发前已经从军中以少将军衔退役。不过这个人曾经多次提携和帮助过三个人，而且日后都大名鼎鼎。除了巴顿，另外两位是乔治·马歇尔和德怀特·艾森豪威尔。
康纳建议巴顿去步兵部队，因为没有哪个兵种能像步兵那样在战场上发挥决定性作用。听了康纳的话，巴顿仍旧拿不定主意。几天后，一纸命令送到了医院：远征军司令部决定，在法国郎格勒（距离远征军司令部所在地肖蒙几十公里）创办一所坦克学校，任命巴顿为校长，并负责建校相关的一切筹备工作，目标是用最短的时间组训出一个坦克营。
命运推了巴顿一把，这让他反倒倍感轻松，病愈之后就立刻投入到新的工作当中。
为了熟悉坦克专业，他先来到贡比涅附近的法国坦克兵训练中心学习了两个星期。训练中心使用的是法国雷诺公司生产的FT-17轻型坦克。这种坦克分为两种型号，一种是FT-17机枪型，战车全重7吨，由两人操控，配备一挺8毫米口径机枪，载弹量4800发，装甲厚度6～22毫米，最高时速10公里/小时。
另一种是FT-17火炮型，主要性能指标与“机枪型”相同，不同的是配备了一门37毫米火炮，载弹量240发。
雷诺FT-17轻型坦克是法国最初研制的坦克，结构简单、性能较差。驾驶员坐在底层，射手坐在炮塔上。由于舱内一片漆黑，而且发动机噪音太大，驾驶员不但看不到外面的情况，也无法和射手交谈，只能通过射手用脚触碰自己的头或肩确定驾驶方向。
即便如此，巴顿仍然以极大的热情投入到训练中。检查坦克结构、参观修理工厂、观看训练演习，并且跟教官和学员一同探讨问题。
就在巴顿在法国坦克兵训练中心考察学习期间，英军于11月20日在法国北部发起康布雷战役。这是战争史上首次集中使用坦克的战例，结果充分证明了坦克在进攻中的价值。它的冲击力可以冲垮敌军坚固防御阵地，引导步兵顺利通过“死亡区”，而自身损失并不大。
巴顿认为随着坦克技术的改进和作战技能的提高，它必将成为未来战争的基本武器。康布雷战役不仅提升了巴顿的信心，还让世人重新认识了坦克，不论是欧洲的报纸还是美国报纸，都对它大肆宣传。作为美国坦克兵种的先行者，巴顿的名字越来越频繁地出现在报纸上。在远征军里，报名参加坦克兵的人也越来越多。
在结束法国坦克兵训练中心的工作后，巴顿又前往康布雷，与英军坦克旅的指挥官和士兵交流，获取坦克作战方面的经验。在这之后，每逢有坦克投入战场作战，他都会赶到前沿做观察员。
12月15日，巴顿和顶头上司罗肯巴赫上校（远征军坦克兵司令）来到郎格勒，选定了新校址。不久之后一批坦克兵就位，这些人来自海岸炮兵部队。让巴顿失望的是，这些人的军事素质并不高，连基本的军事常识都不懂。于是他给军校立下的第一条军规是：注意个人外表、衣着整洁、内务合格、礼节周到。
法国人送来了几辆坦克，远征军一批高级军官参加了开学典礼，后面的事情则全部由巴顿亲自操办：敦促国内尽快生产坦克；撰写编制和装备表；起草训练大纲；制定教学课程。
次年2月，200名学员进入学校学习。除了必要的培训课程，巴顿特别强调学员们必须重视礼节和服从，他本人随时随地都会检查军容风纪，就像当年在西点军校那样，只要发现违纪行为就会给予处罚。他认为只有遵守纪律的部队，才有可能成为无坚不摧的文明之师，才能在战场上把伤亡降到最低，并给予敌人最大的杀伤。
1918年3月，法国又提供了10辆坦克，而美国本土方面告诉他，还不能在短期内提供国产坦克。
坦克学员第一次亮相是在四月的一次训练演习上，前来观摩的高级军官第一次在欧洲看到一支整洁、礼貌、热情高涨的美军部队。不久之后，巴顿也因治军有方被提升为中校。
1918年4月底，以第一批毕业学员为基础，美军第一个坦克营完成组建，巴顿亲自担任营长。6月，第二个坦克营完成组建，两个营合编为第1坦克旅，巴顿升任旅长。全旅除了下辖两个坦克营之外，还编入了一个修理救护连，负责勤务工作。
第1坦克旅共有50名军官，900名士兵。美国兵工厂还无法提供坦克，潘兴将军只能向法国人提出采购要求，法国人很爽快地提供了250辆，他们也希望这支部队能够尽快投入战场。
巴顿在1918年的夏天越来越为局势担忧，倒不是前线战事吃紧，而是担心和平会突然降临。如果自己的坦克旅没有上战场，战争就结束了，那大半年的心血就白费了。8月20日，正在参谋学院接受短期培训的巴顿接到命令，立刻到坦克兵司令部报到。当他见到上司罗肯巴赫后，对方告诉他，远征军司令部已经决定，在即将实施的圣米歇尔战役中，第1坦克旅将配合远征军第1集团军一起行动。
与二战后期德军节节败退不同，在一战时即便是战争的最后一年，德军依旧在西线战场的很多地段保持着进攻态势。1917年底，俄国爆发十月革命，随后就退出了战争，德军得以集中兵力于西线。自1918年3月起，德军在鲁登道夫的指挥下发起了一系列攻势。至5月底突破协约国多处防线，向法国纵深挺进。巴黎距离前线也不过90公里，很多人认为法国首都迟早要被德国人攻占。
其间协约国统帅部曾要求美国远征军分解混编入英法部队，但潘兴一直坚持美国远征军保持独立行动的权利。此时他的麾下已经达到150万人，编为第1和第2集团军。美国远征军自1918年5月起，陆续参加了西线的几场战役。虽然美军在战场上的表现还不错，但在协约国军队中并没有起到主导作用。8月，潘兴决定在凡尔登东南的圣米歇尔突出部由远征军独立实施一次进攻，战役目标是消除由德国人长期驻守的突出部，恢复巴黎至凡尔登、南锡的铁路线，从而为以后的进攻战役奠定基础。
担任进攻任务的是美军第1集团军和法军第2殖民军，第1集团军下辖第1、第4和第5军，兵力55万人；法军第2殖民军下辖2个师共11万人。根据战前制定的计划，美军第1和第4军将从突出部以南发起进攻；第5军从西向东进攻；法军第2殖民军则从东北方向进攻。巴顿的坦克旅得到一个法国坦克营的加强，与第1和第4军一起行动，担任整场战役的主攻任务。
美军第1坦克旅一共装备了144辆坦克，两个营分别由布雷特和康普顿指挥。战前巴顿制定了一份进攻计划，布雷特和康普顿担任左右两翼进攻，实施主要突破；法国坦克营居中，跟随步兵推进。布雷特是一名战斗经验丰富的指挥官，所以巴顿很放心自己的左翼；康普顿要稍差些，而且在康普顿营的身后，同样是一支缺乏步坦协同作战经验的第42步兵师（即麦克阿瑟准将指挥的“彩虹师”），所以巴顿决定把自己的指挥部设在康普顿的身后。
1918年9月12日5时，经过4个小时的炮火准备后，美军开始发起进攻。巴顿在一处小高地上看到：左翼布雷特营已经通过了一个小村庄，继续向前推进；法国坦克营受到视线干扰，不清楚他们的进展。这个时候巴顿才意识到自己没有考虑到一个重要问题，坦克部队的指挥官在战斗时应该处在什么位置。如果留在指挥所，可以跟炮兵和后备部队保持畅通的联络，而且还会安全一些；如果跟随部队行动，就可以直接掌握战场最前沿的情况，只是会失去跟友邻部队的联系，还会增加伤亡的概率。
经过权衡巴顿决定靠近指挥，他让副官留在指挥所，与上级和友邻部队保持联系，他则带着一名中尉和四个机械师离开指挥所追赶部队。7时30分，巴顿给指挥所打来电话，前线正在进行激烈战斗。
巴顿看到的情形比反馈的信息复杂得多。康普顿指挥的坦克营至少有16辆坦克正陷入苦战，在他们身后有5辆坦克停滞不前。巴顿冒着炮火来到近前，发现是这几辆坦克都出现了机械故障，机械师正在抓紧抢修。于是他继续前进，发现步兵都躲在弹坑里射击，不敢向前移动，可坦克必须有步兵配合才行。
在另一处高地，他发现德军有撤退的迹象，于是他第一个跳出隐蔽部，不顾头顶上呼啸而过的炮弹，鼓舞士兵们冲过去。后面的几辆坦克开了过来，步兵趁势向德军阵地冲去。抵近敌人驻守的镇子时，一名法军士兵跑过来说前面的炮火太猛烈，根本冲不过去。巴顿把这个法国人一顿臭骂，然后带着坦克和步兵冲了进去。
当一队队德军俘虏被押送出来时，巴顿见到了第42步兵师师长道格拉斯·麦克阿瑟。前者问步兵是否能继续进攻下一个镇子帕纳，年长巴顿5岁的麦克阿瑟立即表示没有问题。于是巴顿继续率领坦克向3公里之外的帕纳前进。
在帕纳镇的外围，他发现前面的部队又停了下来。走到近前才知道，原来除了一辆坦克之外，其余的坦克都没油了。巴顿让那辆坦克继续向镇子里冲，可驾驶员显得很紧张，不敢只身发动进攻。于是巴顿跳上坦克顶上，命令他向前开。
这辆坦克开进镇子后遭到德军猛烈的射击，子弹把坦克的油漆都打飞了。巴顿迅速跳下坦克，回头看了看身后的士兵，他们仍旧在300米开外一动不动地射击。无奈之下，巴顿又跑回步兵一边，找到他们的指挥官，命令他们向前进攻，却遭到拒绝。
巴顿又跑回坦克那边，这时后面又开过来4辆坦克，经过几轮炮击，德国人撤退了。
部队继续向前挺进，巴顿匆匆返回后方搞油料，并向上级汇报了战况：坦克部队已经抵达甚至超过了当天预定的目标。
第一天的战斗随着日落结束了。实际上圣米歇尔战役的主要战斗也发生在这一天。此役美军共俘虏德军1.5万人，缴获450门火炮。作为战役唯一的一支坦克集群，巴顿指挥的部队共投入174辆坦克，其中15辆被击毁、22辆陷入壕沟、14辆出现故障。坦克兵有5人阵亡，4名军官和15名士兵负伤。
这次战役开创了美军坦克作战的先河。尽管巴顿在战场上举止粗鲁，但他表现出来的英勇、冷静、顽强都让同僚和部下钦佩。不过他的顶头上司罗肯巴赫还是在战斗结束后批评了他，理由是他擅自离开指挥位置。事实上巴顿和罗肯巴赫的关系一直不太融洽，除了公事以外，两个人从来没有建立过良好的私人关系。对巴顿的责备随着接到潘兴的一封亲笔信而结束，远征军总司令在信中对巴顿不吝赞美之词，这让罗肯巴赫转变了态度，也开始表扬起巴顿和他们部下了。
圣米歇尔战役结束后，美国远征军主力被调往凡尔登以西地区，准备和法军第4集团军发起马斯河——阿拉贡战役。巴顿的坦克旅改称第304坦克旅，随同部队一起行动，担任第1军的支援任务。
战斗间隙巴顿总结了圣米歇尔战役期间的经验，并提出了一套新的进攻战术：以纵深交错队形集中使用坦克实施突破。他将坦克分为三个梯队，布雷特指挥的坦克营先投入进攻，占领第一批目标；康普顿指挥的坦克营随后发动进攻，目标是战前设定的第二批目标；法国坦克营最后出击，任务是全力向前推进。值得一提的是，他的新战术思想与日后德国使用的“闪击战术”颇有几分相似。
战斗打响后，巴顿依旧带着几名随从和机械师徒步跟在坦克的后面。上午9时，坦克已经推进了11公里，一切进展顺利。在向一座名叫切平的小镇挺进时，德军炮火和机枪组成的火力网将美军封锁在一条铁路防护沟里。步兵已经陷入混乱，正惊惶失措地向后退。巴顿赶到那里后，收拢了大约100人，等到德军炮火稍稍减弱，他命令士兵们呈散兵线向附近的山上冲锋。
到达山脚下时，两条壕沟挡住了坦克的去路。巴顿要求士兵们用铁锨和锄头尽快把壕沟填平，可这个时候德军的炮火和机枪仍然很猛烈，士兵们都不敢探出头，更不要说站在暴露处了。巴顿再次以身作则，他解下皮带，拿起镐头亲自动手。德军的机枪对准了这里，子弹在巴顿的身旁飞过，一发子弹击中旁边一名士兵的头部，当场毙命。
巴顿没有停下来，继续挖土。士兵们最终被长官的勇气打动，纷纷跳出来一起挖，很快就填平了两条壕沟，几辆坦克也立刻冲上了山顶。巴顿扔下镐头，激动地对士兵们说：“我们也赶上去吧！”说完就冲了出去。
当他们冲上山顶时，一排子弹打了过来，几名士兵倒下了。巴顿也有些迟疑，毕竟场面太血腥。不过这种迟疑很快就消失了，他突然大喊了一声：“该是另一个巴顿献身的时候了！”然后又带头冲了出去。
有几个人跟在他身后，但除了巴顿和传令兵安吉洛之外，其他人很快就倒了下去。巴顿鼓励安吉洛说：“无论如何都要前进。”然后继续向前跑，可没跑几步，他的左大腿被一发机枪弹打中，子弹又从直肠穿了出去。
安吉洛把巴顿拖到一个弹坑里，割开裤子为他做了简单包扎。这时后面的几辆坦克开过来，巴顿向坦克手指出30多米外的敌人火力点，直到坦克手将它摧毁。后面的坦克陆续开上来，巴顿躺在地上指引他们攻击的方向和目标。大概一个小时后，卫生兵搞来了一副担架，与安吉洛一起把巴顿送到了后方。
巴顿没有去医院，而是先到第1军司令部汇报了前线战况：他们进攻的那个山头已经拿下了。然后他才被送往医院，刚到那里就昏迷了过去。
第二天，当巴顿醒过来的时候，发现自己的事迹已经登上了报纸。人们称赞他是美军“第一坦克兵”，是坦克兵里的英雄，在负伤后依旧躺在弹坑里指挥战斗。几天后，巴顿被送往大后方接受更系统的治疗。
鉴于巴顿的功绩，住院期间的巴顿被晋升为上校。1918年11月11日是巴顿33岁生日，刚刚伤愈出院的巴顿本打算赶回部队继续指挥作战，可德国人在这一天宣布投降了。
尽管参战时间并不长，但巴顿在战场上的表现已经足够出色。当战争结束时，他先后获得了“优异服务十字勋章”和“优异服务勋章”。与此同时，他在战场上结识了众多优秀军官，包括查尔斯·萨默罗尔（第7任陆军总长）、马林·克雷格（第9任陆军总长）、乔治·马歇尔、道格拉斯·麦克阿瑟等等。
尽管突然结束的战争让巴顿一时很难适应，但是在一堆荣誉面前，他也难免有些喜形于色了。他庆幸自己能够经历这样一场大战，并为自己得到“美军第一坦克手”的美名而颇为自得。
此时的他没有想到，自己在接下来的20年里将备受煎熬。他更没有想到，在即将退出现役时，又经历了一场规模更大的战争。
