ด้วยพระปรีชาญาณอันสุขุมของพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวที่ได้ทรงเล็งเห็นการไกล เมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม พ.ศ. 2460 ประเทศไทยประกาศสงครามกับประเทศเยอรมนี และ ออสเตรีย-ฮังการี ในสงครามโลกครั้งที่ 1 โดยมีพระบรมราชโองการเรียกผู้อาสาสมัคร เพื่อเดินทางไปร่วมรบยังสมรภูมิยุโรป มีคนสมัครเป็นจำนวนมาก ในเวลานั้นพระยาเทพหัสดินซึ่งยังมีตำแหน่งและบรรดาศักดิ์เป็นนายพลตรี พระยาพิไชยชาญฤทธิ์ ผู้บัญชาการกองพลที่ 4 ได้รับพระมหากรุณาธิคุณโปรดเกล้าฯ ให้เป็นหัวหน้าคณะทูตพิเศษในตำแหน่งแม่ทัพไทยที่จะนำกองทัพทหารอาสาไทยเดินทางไปร่วมรบในทวีปยุโรป

ทหารอาสาไทยที่ไปรบในสงครามนั้นมีจำนวน 1,500 คน โดย 500 คน สังกัดกองบินทหารบก มีนายพันเอก พระยาเฉลิมอากาศ (สุณี สุวรรณประทีป) เป็นผู้บังคับกอง อีก 1,000 คน สังกัดกองทหารบกรถยนต์ มีนายพันตรี หลวงรามฤทธิรงค์ (ต๋อย หัสดิเสวี) ซึ่งต่อมาได้เป็น นายพันโท พระอาสาสงคราม เป็นผู้บังคับกอง ทหารอาสากองทหารบกรถยนต์เหล่านี้ ภายหลังสงครามได้ร่วมกับพระยาพิไชยชาญฤทธิ์ ก่อตั้ง บริษัท แท็กซี่สยาม ขึ้นในประเทศไทย เมื่อ พ.ศ. 2466 สมัยนั้นเรียกกันว่า "รถไมล์" เก็บค่าโดยสารตามเลขไมล์ระยะทางที่วิ่ง

เมื่อกลับจากงานพระราชสงครามแล้ว ได้กราบถวายบังคมลาออกจากราชการ แต่โปรดให้โอนย้ายไปเป็นข้าราชการพลเรือนในราชทินนาม พระยาเทพหัสดิน ตำแหน่งสมุหเทศาภิบาลมณฑลนครสวรรค์และราชบุรี

ตลอดระยะเวลาการรับราชการนั้น พระยาเทพหัสดิน ได้ชื่อว่าเป็นนายทหารระดับสูงที่มีความจงรักภักดีต่อสถาบันพระมหากษัตริย์เป็นอย่างมาก และเป็นที่ไว้วางพระราชหฤทัย โดยเฉพาะจากพระบาทสมเด็จพระมงกุฏเกล้าเจ้าอยู่หัว ซึ่งทรงเคยพระราชทานมะพร้าวอ่อนลูกที่พระองค์กำลังเสวยน้ำอยู่ ให้แก่พระยาเทพหัสดิน เพื่อดื่มร่วมกัน [1]