Carrera militar durante la Primera Guerra Mundial
No fue hasta que dos ejércitos rusos amenazaron con invadir el 8. º Ejército alemán en Prusia Oriental que Ludendorff fue nombrado jefe de estado mayor del 8.º Ejército. Ludendorff, dinámico pero ocasionalmente duro y en tiempos de crisis a menudo nervioso, fue asignado al anciano general Paul von Hindenburg, que era famoso por sus nervios de hierro. Ludendorff consideraba que los problemas con los que él y su comandante en jefe se enfrentaban eran difíciles pero nunca insolubles.
La espectacular victoria de Hindenburg y Ludendorff sobre los rusos en agosto de 1914 en Tannenberg, en Prusia Oriental, una batalla que le dio renombre mundial a Hindenburg, fue seguida por la derrota alemana en el Marne en el oeste que señaló el fracaso del Plan Schlieffen revisado de Ludendorff. Durante dos años Hindenburg y Ludendorff lucharon contra los rusos en el este. El plan de Ludendorff de una ofensiva general contra Rusia por medio de una reducción temporal de las fuerzas alemanas en el oeste no recibió la aprobación del comando supremo del ejército en el verano de 1915.
Sólo en agosto de 1916, después del fracaso de la ofensiva alemana en Verdún y en vista del ataque aliado en los frentes oriental y occidental, el emperador finalmente nombró a los dos generales para asumir el control militar supremo. Intentaron llevar a cabo una especie de guerra total movilizando a todas las fuerzas del frente interno, que ya estaba sufriendo los efectos del bloqueo británico. Ludendorff apostó todo en una sola carta, la búsqueda obstinada de una «paz victoriosa» que asegurara las ganancias territoriales alemanas en el este y el oeste. En 1917 aprobó la guerra submarina sin restricciones contra los británicos que llevó a la entrada de los Estados Unidos en la guerra contra Alemania, pero no al colapso de Inglaterra. Después de que el zar fuera depuesto en marzo de 1917, Ludendorff dio su bendición al regreso de los emigrantes bolcheviques rusos (incluido el aún desconocido V. I. Lenin), con la esperanza de persuadir a los rusos para que concluyeran la paz. Hindenburg y Ludendorff, que ahora ejercían una especie de semidictador militar, también provocaron la destitución del canciller Theobald von Bethmann Hollweg con la esperanza ilusoria de que se pudiera encontrar a «un hombre fuerte» para asumir el liderazgo del Reich.
El 21 de marzo de 1918, Ludendorff abrió una ofensiva general en el Frente Occidental con el objeto de aplastar a los ejércitos anglo-franceses y forzar una decisión en Europa antes de que los estadounidenses llegaran en fuerza. Pero había sobreestimado la fuerza de los ejércitos alemanes; la ofensiva fracasó, y cuando, en el otoño de 1918, el colapso de los aliados alemanes—Austria, Hungría, Bulgaria y Turquía-era inminente, Ludendorff exigió negociaciones inmediatas para un armisticio. Durante un tiempo, los nervios del general, desesperadamente sobrecargado de trabajo, cedieron, y un psiquiatra tuvo que ser convocado a la sede suprema. Cuando Ludendorff se dio cuenta de la severidad de las condiciones del armisticio, insistió en que la guerra continuara. Cuando vio que los líderes políticos no estaban preparados para hacer esto, ofreció su renuncia, que Guillermo II aceptó el octubre. 26, 1918. Al mismo tiempo, el emperador, para disgusto de Ludendorff, ordenó a Hindenburg que permaneciera en su puesto. Un titán de fuerza de voluntad y energía que había intentado lo imposible fue arrancado de repente de su esfera de actividad; la conmoción fue inmensa. Ludendorff se enfrentó a la revolución que estalló en noviembre de 1918 con completa renuncia y se exilió en Suecia durante varios meses.
Si bien, según la costumbre prusiana, los oficiales de estado mayor aceptaron la responsabilidad conjunta de todas las decisiones tomadas, tuvieron que preservar el anonimato estricto. Ludendorff, sin embargo, cuya ambición era tan inmensa como sus dones estratégicos, al final de la guerra perdida afirmó haber sido el único «comandante» real de la Primera Guerra Mundial.Afirmó que había sido privado de la victoria por fuerzas siniestras que habían estado operando detrás de escena; fue, según afirmó, como Sigfrido en las heroicas sagas germánicas, una víctima de una puñalada en la espalda. Al propagar la leyenda de que el ejército alemán, invicto en el campo de batalla, fue saboteado por el «frente interno», hizo mucho para envenenar la vida pública en la República de Weimar.