MacArthur kembali ke Departemen Perang, dimana ia diangkat menjadi mayor pada 11 Desember 1915. Pada Juni 1916, ia diangkat menjadi kepala Biro Informasi di kantor Menteri Perang, Newton D. Baker. MacArthur sejak itu dianggap sebagai perwira pers pertama Angkatan Darat. Setelah deklarasi perang terhadap Jerman pada 6 April 1917, Baker dan MacArthur menghimpun sebuah perjanjian dari Presiden Wilson untuk memakai National Guard di Front Barat. MacArthur mendorong pengiriman dini sebuah divisi yang dihimpun dari unit-unit dari negara berbeda, sehingga dapat menghindari penampilan favoritisme terhadap negara tertentu manapun. Baker menyepakati pembentukan formasi tersebut, yang menjadi 42nd ("Rainbow") Division, dan menunjuk Mayjen William A. Mann, kepala National Guard Bureau, sebagai komandannya; MacArthur menjadi kepala stafnya, dengan pangkat kolonel. Atas permintaan MacArthur, komisi tersebut dijadikan infanteri ketimbang teknisi.

42nd Division dimajukan pada Agustus dan September 1917 di Camp Mills, New York, dimana mereka dilatih melakukan serangan lapangan terbuka ketimbang perang parit. Mereka berlayar dalam sebuah konvoi dari Hoboken, New Jersey, ke Perancis pada 18 Oktober 1917. Pada 19 Desember, Mann digantikan pada jabatan komandan divisi oleh Mayjen Charles T. Menoher.



42nd Division memasuki garis di sektor Lunéville pada Februari 1918. Pada 26 Februari, MacArthur dan Kapten Thomas T. Handy menyertai sebuah serbuan parit Perancis dimana MacArthur ditugaskan dalam penangkapan sejumlah tahanan Jerman. Komandan Korps VII Perancis, Mayjen Georges de Bazelaire, menganugerahi MacArthur dengan Croix de guerre. Menoher merekomendasikan MacArthur untuk Silver Star, yang kemudian ia raih. Silver Star Medal belum dilembagakan sampai 8 Agustus 1932, namun Silver Citation Star yang lebih kecil disematkan untuk dikenakan pada pita-pita kampanye dari orang-orang yang dikutip dalam rangka untuk galantri, mirip dengan Mentioned in Despatches dari Inggris. Saat Silver Star Medal dilembagakan, penghargaan tersebut secara retroaktif dianugerahkan kepada orang-orang yang telah dianugerahi Silver Citation Star. Pada 9 Maret, 42nd Division meluncurkan tiga serangannya sendiri ke parit-parit Jerman di Salient du Feys. MacArthur menyertai sebuah kelompok dari 168th Infantry. Pada masa itu, kepemimpinannya dianugerahi dengan Distinguished Service Cross. Beberapa hari kemudian, MacArthur, yang mewajibkan pasukannya memakai masker gas namun sering menghiraukan perintahnya sendiri, terkena gas. Ia pulang saat dikunjungi Sekretaris Baker di sekitaran kawasan tersebut pada 19 Maret.

MacArthur dipromosikan menjadi brigjen pada 26 Juni. Pada akhir Juni, 42nd Division dipindahkan ke Châlons-en-Champagne untuk melawan Serangan Champagne-Marne dari Jerman. Général d'Armée Henri Gouraud dari Angkatan Darat Keempat Perancis terpilih untuk mengadakan serangan dengan tujuan pertahanan, mengunjungi kawasan garis depan sebisanya dan menengok serangan Jerman pada garis pertahanan keduanya. Rencananya berhasil, dan MacArthur dianugerahi Silver Star kedua. 42nd Division ikut serta dalam serangan balasan Sekutu berikutnya, dan MacArthur dianugerahi Silver Star ketiga pada 29 Juli. Dua hari kemudian, Menoher melepastugaskan Brigjen Robert A. Brown dari 84th Infantry Brigade dari komandonya, dan menggantinya dengan MacArthur. Mendengar kabar bahwa musuh telah mundur, MacArthur maju pada 2 Agustus untuk menyaksikannya sendiri. Ia kemudian menulis:



MacArthur mengabarkan balik kepada Menoher dan Letjen Hunter Liggett bahwa pasukan Jerman benar-benar mundur, dan ia dianugerahi Silver Star keempat. Ia juga dianugerahi Croix de guerre kedua dan diangkat menjadi seorang commandeur dari Légion d'honneur.



42nd Division bertahan selama beberapa pekan, kembali ke garis untuk Pertempuran Saint-Mihiel pada 12 September 1918. Kemajuan Sekutu berjalan cepat dan MacArthur dianugerahi Silver Star kelima atas kepemimpinannya terhadap 84th Infantry Brigade. Ia meraih Silver Star keenam atas keikutsertaannya dalam sebuah penyerbuan pada malam 25–26 September. 42nd Division bergerak pada 30 September dan pindah ke sektor Argonne dimana mereka bergabung dengan 1st Division pada malam 11 Oktober. Atas rekonansi pada keesokan harinya, MacArthur digas kembali, meraih Wound Chevron kedua.



Keikutsertaan 42nd Division dalam Serangan Meuse-Argonne dimulai pada 14 Oktober saat mereka menyerang dengan dua brigade. Pada sore harinya, sebuah konferensi menyerukan untuk membicarakan serangan tersebut, dimana Charles Pelot Summerall, komandan First Infantry Division dan V Corps, menelepon dan menuntut agar Châtillon diambil alih pada pukul 18:00 keesokan sorenya. Sebuah foto udara yang diambil menunjukkan sebuah celah dalam jaringan berduri Jerman di timur laut Châtillon. Letkol Walter E. Bare—komandan 167th Infantry—mengusulkan sebuah serangan dari pengarahan tersebut, dimana pertahanan-pertahanan yang setidaknya terlihat ditutupi oleh barisan meriam mesin. MacArthur mengadopsi rencana tersebut. Ia terluka, namun tidak parah, saat memverifikasikan keberadaan celah di jaringan berduri.

Summerall menominasikan MacArthur untuk Medal of Honor dan promosi untuk pangkat mayjen, namun ia tak menerimanya. Sebagai ganti, ia dianugerahi Distinguished Service Cross kedua. 42nd Division kembali ke garis untuk kali terakhir pada malam 4–5 November 1918. Dalam pergerakan terakhir ke Sedan, MacArthur kemudian menyatakan bahwa operasi ini "secara sempit menghilangkan salah satu tragedi terbesar dari sejarah Amerika." Sebuah perintah untuk menerobot batas-batas unit membuat unit-unit melintasi zona satu sama lain. Akibat pertikaian yang terjadi, MacArthur ditahan oleh pasukan 1st Division, yang mengiranya jenderal Jerman. Penampilannya dalam serangan di dataran tinggi Meuse membuatnya dianugerahi Silver Star ketujuh. Pada 10 November, sehari sebelum gencatan senjata yang mengakhiri pertempuran, MacArthur diangkat menjadi komandan 42nd Division. Atas jasanya sebagai kepala staf dan komandan 84th Infantry Brigade, ia dianugerahi Distinguished Service Medal.

Pada 22 November, tugas komandonya digantikan seperti para brigjen lainnya, dan kembali ke 84th Infantry Brigade. 42nd Division dipilih untuk ikut serta dalam pendudukan Rhineland, dengan menduduki distrik Ahrweiler. Pada April 1919, mereka berangkat ke Brest dan Saint-Nazaire, dimana mereka menumpangi kapal-kapal untuk pulang ke Amerika Serikat. MacArthur menaiki kapal lintas samudera SS Leviathan, yang mencapai New York pada 25 April 1919.