A nagy román egység létrehozásának több évszázados álma a XX. század elején megvalósulni látszott. Ennek oka az első világháború kitörése. A román politikai elit világosan látta, hogy, amennyiben sikerül a fegyveres konfliktusban részt venni és lehetőleg a győztes oldalon harcolni, a háborút lezáró béketárgyalásokon győztes félként szót lehet majd emelni a románok lakta területek egyesítésének ügyében.
1918. július 28.-a után a román kormány döntéshelyzetbe került. Nehezen megválaszolható kérdésre kellett a jó választ megtalálni: melyik katonai szövetségi rendszer oldalán lépjenek be a háborúba? Az Antanthoz tartozó Oroszország ugyanis annektálta Besszarábiát, a Központi Hatalmak oldalán harcoló Osztrák-Magyar Monarchia fennhatósága alá pedig Erdély és Bukovina tartozott.
Ezt a helyzetet az 1914. augusztus 3.-án Szinaján összegyűlt Koronatanács oldotta meg. A Koronatanács döntése alapján a Román Királyság a fegyveres semlegesség politikáját folytatta. A határozatot I. Károly király és utóda, I. Ferdinánd is elfogadta. A döntés értelmében a kormány feladata az ország felkészítése a fegyveres konfliktusra, a háborúba való belépés pedig az események alakulásától függ. Fontos jó viszonyt fenntartani a nagyhatalmakkal és támogatásukat megszerezni a területi egység problémájában.
1914. szeptemberétől a román diplomáciai gépezet működésbe lépett: olyan egyezséget kötöttek Oroszországgal, melynek értelmében a románok „barátságos semlegességéért” cserébe elismerték jogát Erdély és Bukovina román területekhez csatolásához. Ugyanakkor Olaszországgal is egyezséget kötöttek, amelyben mindkét ország garanciát vállalt arra, hogy kölcsönösen informálják egymást, amennyiben politikai irányt váltanak, illetve nem adják fel semlegességüket csak előzetes egyeztetés esetén. Ugyanebben az időszakban a román kormány Angliával és Franciaországgal is tárgyalásokat folytatott.
Az 1914 – 1916 közötti időszakban mindkét szövetségi rendszer – az Antant és a Központi Hatalmak – megpróbálta a Román Királyságot a maga oldalára állítani. Ennek érdekében számos eszközt bevetettek. Berlin és Bécs megpróbálta rávenni Tisza Istvánt az erdélyi románsággal való együttműködésre és arra, hogy engedje meg, hogy a román hadsereg bevonulhasson Erdély egy részére azzal az indokkal, hogy egy esetleges orosz támadás esetén megvédhesse a területet. Megígérték, hogy Bulgáriát ráveszik az együttműködésre a Dél-Dobrudzsa-i területek ügyében. Megkísérelték a román kormány éléről eltávolítani a liberális Ion I. C. Brătianu miniszterelnököt és helyére egy konzervatív, lehetőleg németbarát politikust ültetni. A másik oldalon az Antant hatalmai hol ígérgettek, hol megszállással fenyegetőztek. Az Antant és a román kormány közötti tárgyalások Bukarestben, Párizsban, Londonban és Péterváron folytak. Elsősorban kiváló földrajzi-stratégiai fekvése és petróleum- illetve gabonatartalékai miatt volt fontos az ország a háborúban résztvevő államok számára.
A román közvélemény megoszlott a háborúba való belépés kérdése kapcsán, de tény, hogy a társadalom túlnyomó része az Antanttal való közös harc gondolatát támogatta.
Mivel nyilvánvaló volt, hogy a kormány előbb-utóbb feladja a függetlenséget és az ország belép a háborúba, már 1914 őszétől minden energiájukkal arra törekedtek, hogy a román hadsereget felkészítsék a harcokra. A gazdaságot megpróbálták átállítani a háborús gazdaságra. Fegyverek gyártására és vásárlására komoly összegeket kölcsönöztek Angliától. Ezek az összegek pedig Németországban és az Osztrák-Magyar Monarchiában kötöttek ki, hiszen a szükséges katonai felszereléseket innen rendelték. Ennek ellenére elmondható, hogy a román hadsereg sem kiképzésben, sem felszerelését tekintve nem volt teljesen felkészült. Köszönhető ez két fontos ténynek: 1. a román gazdaság nem tudta kielégíteni az igényeket; 2. a Balkánon folyó harcok miatt 1915-től egyre inkább akadoztak a nyugati szállítmányok (veszélybe került ugyanis az egyetlen használható szállítási útvonal a Bulgária és Szerbia között dúló harcok miatt).
Hosszú ideig elhúzódó tárgyalássorozat után a román kormány elérkezettnek látta az időt a háborúba való belépésre, és 1916. augusztus 17.-én aláírta az Antanttal kötött szövetség és katonai megállapodás dokumentumait. Ezek értelmében:
- Oroszország, Franciaország, Anglia és Olaszország garantálják a Román Királyság területi egységét frontjai egész vonalán;
- A Román Királyság kötelezi magát arra, hogy hadat üzen az Osztrák-Magyar Monarchiának és katonai akciót indít ellene;
- A Román Királyság kötelezi magát arra, hogy minden gazdasági kapcsolatot megszakít az Antant ellenségeivel;
- Oroszország, Franciaország, Anglia és Olaszország elismerik a Román Királyság jogát az Ausztria-Magyarországhoz tartozó, románok által lakott területek annektálásához;
- Az Antant naponta 3oo tonna fegyver és lőszer szállításával támogatja a román hadsereget;
- Oroszország aktívan részt vesz Dobrudzsa megvédésében egy esetleges bulgár támadás esetén, illetve átfogó hadműveleteket folytat Galíciában és Bukovinában;
- Az Antant szaloniki csapatai komoly offenzívát indítanak az osztrák-magyar hadsereg lekötése céljából.
A Koronatanács 1916. augusztus 27.-én döntött a Román Királyság háborúba való lépése mellett. A mozgósítás nyomán a hadsereg létszáma hozzávetőlegesen 815 ezer katona és 2o ezer tiszt. A viszonylag nagy szám ellenére fegyverzet, felszerelés és utánpótlás szempontjából komoly gondokkal küszködtek. A legnagyobb hiányosságok a nehéztüzérség, repülők és géppuskák számában mutatkoztak. Ezen kívül nagyon sok katona hiányos kiképzésben részesült, és szállítási gondok is adódtak: egyszerűen nem volt elegendő a mozdonyok és vasúti kocsik száma a katonaság operatív szállításához.
A román hadsereg elsődleges célja az erdélyi területek felszabadítása volt, ezt követően pedig a Tisza és a Duna vonalán történő előrenyomulás és az osztrák-magyar hadsereg utánpótlásának meghiúsítása. Erre a feladatra 42o ezer katonát rendeltek ki. További 142 ezer a déli határt védte egy esetleges német-bulgár támadás esetére, illetve fedezte az oroszok dobrudzsai partraszállását.
A Román Királyság 1916. augusztus 27.-én hadat üzent Ausztria-Magyarországnak. A következő napon Németország, augusztus 3o.-án Törökország, szeptember 1.-én pedig Bulgária üzent hadat a Román Királyságnak. Az offenzíva jó ütemben haladt: a románok elfoglalták a Kárpátok legfontosabb hágóit és „felszabadították” Brassót, Fogarast, Csíkszeredát és Székelyudvarhelyet, előrenyomulva egészen Szeben és Segesvár környékéig. Amikor a nagy román egység álma már-már megvalósulni látszott, az események hirtelen ellenkező irányba fordultak: a német-bulgár hadsereg a déli fronton Turtucaia-nál győzelmet aratott. Az Antant nem tartotta be ígéretét, mely szerint Szaloniki térségében elterelő hadműveleteket indít, és orosz csapatok sem érkeztek a román hadsereg megsegítésére. A Központi Hatalmak csapatai gyors ütemben nyomultak előre, a románok pedig ugyanilyen gyorsan vonultak vissza. December közepére a Román Királyság területének kétharmada – beleértve a fővárost, Bukarestet is – az ellenség megszállása alá került. A román hadsereg óriási veszteségeket szenvedett: a halottak, sebesültek és hadifoglyok száma elérte a 25o ezret, odaveszett a katonák felszerelésének kétharmada, a géppuskák fele és az ágyúk egynegyede.
A kormány, a hatóságok és a hadsereg 1916 novemberében Moldovába vonult vissza. A visszavonulást a teljes fejetlenség jellemezte. Nyilvánvalóvá vált, hogy a kormány nem tette meg a szükséges óvintézkedéseket és hogy a kitűzött katonai célok irreálisak voltak. A közvélemény egyre inkább a liberálisok ellen fordult. A kormány úgy döntött, hogy biztonsági okokból az állam és a Nemzeti Bank teljes kincstárát – egyéb értékekkel együtt – Oroszországba szállítják. Közben a megszállt területeken (Olténia, Munténia, Dobrudzsa) a Központi Hatalmak katonai rendszert építettek ki. Kárpótlás fejében minden szállítási eszközt, vasúti gépeket elszállítottak, egész üzemeket telepítettek át saját országaikba. Az általuk okozott kár ebben az időben elérte a 18 milliárd arany lej értéket.
Ebben a helyzetben a román felemelkedés záloga Moldova lett. Jászvásárt kinevezték ideiglenes fővárosnak és a nemzeti összefogás jegyében egy olyan új kormány alakult, amelyben a konzervatívok is részt vehettek. 1917 elején az Antant segítségével sikerült a román hadsereget újjá szervezni és modern fegyverekkel ellátni. Az újjászervezett hadsereg létszáma 7oo ezer fő volt, ebből kb. 46o ezren azonnal bevethetőek voltak. Ebben a hatalmas munkában nagy segítséget jelentett az a francia katonai misszió, amely 1916 októberében érkezett az országba Henri Berthelot vezetésével. Mária királynő patronátusa alatt létrehozták a Vöröskeresztet, a hadsereg moráljának emelése érdekében pedig Ferdinánd király ígéretet tett az agrár- és a választási reform végrehajtására. 1917 júniusában a Parlament az Alkotmány módosítása mellett döntött, hogy könnyebbé tegyék a király által beígért reformok bevezetését.
A harcok 1917 nyarán kezdődtek újra, amikor a román hadsereg orosz támogatással sikeresen verte vissza a németek támadásait Mărăşti-nél, Mărăşeşti-nél és Oituz-nál a júliusi és augusztusi hónapokban. A helyzet 1917 végére újra megváltozott, amikor az oroszországi bolsevik forradalom győzelme után Szovjet-Oroszország kilépett az első világháborúból. Ez annyit jelentett, hogy a keleti frontról mintegy egymillió katona vonult vissza, Románia pedig magára maradt. A visszavonuló szovjet csapatok román területen bujtogattak, raboltak és fosztogattak, ezért bevetették ellenük a román hadsereget. Így sikerült lefegyverezni és semlegesíteni a nem kívánatos elemeket. A bolsevikok válasza nem váratott sokat magára: 1917 decemberében letartóztatták Constantin Diamandy román nagykövetet, 1918 januárjában megszakították a diplomáciai kapcsolatokat a két ország között és lefoglalták a román állami kincstárat.
1918 első napjaitól egyre fokozódott a katonai és diplomáciai nyomás a Központi Hatalmak részéről. 1918. március 3.-án Oroszország hivatalosan is kilépett a háborúból (Brest-Litowsk-i Béke). Ezt követően Ion I.C. Brătianu miniszterelnök lemondott. Őt a miniszterelnöki poszton előbb Alexandru Averescu, majd a későbbiekben Alexandru Marghiloman követte. A Koronatanács 1918 februárjában és márciusában megtartott ülésén fontos döntést kellett hozni. A románoknak két lehetősége volt: a megalázó béke vagy annak kockáztatása, hogy az egész országot megszállja az ellenség, mivel a moldovai frontvonal az oroszok visszavonulása után védtelen maradt. A Koronatanács az előbbi lehetőség mellett döntött. Így került sor 1918. május 7.-én a Bukaresti Béke aláírására, mely a következő rendelkezéseket tartalmazta:
- Dobrudzsa bulgár megszállás alá kerül;
- Ausztria-Magyarország 56oo négyzetkilométernyi területet elfoglalt a Kárpátokból;
- Németország 9o évig monopóliumot gyakorol a román kőolaj, a gabonakereskedelem és a fakitermelés fölött;
- A román hadsereget leszerelik;
- A Fekete-tenger felé csak egy keskeny kereskedelmi sávot hagynak szabadon;
- A háború előtti Román Királyság területe 131 ezer négyzetkilométer volt. Ebből most kb. százezer idegen megszállás alá került, s ezzel együtt a lakosság mintegy 72 százaléka.
Ferdinánd király nem volt hajlandó a békeszerződést aláírni (ettől függetlenül az érvénybe lépett).
Ez az állapot 1918 novemberéig tartott. Ekkor ugyanis az Antant erőinek folyamatos sikerei láttán az újonnan kinevezett, Constantin Coandă által vezetett kormány parancsot adott az általános mozgósításra és a román hadsereg újra belépett a háborúba. A Bukaresti Békét ugyanekkor semmisnek nyilvánították. Így 1918 novemberében, az első világháború lezárásakor a Román Királyság a győztesek oldalán harcolt. 1918. december 1.-én a királyi házaspár – Ferdinánd király és Mária királyné – ünnepélyes keretek között visszatért Bukarestbe. Ez az esemény vált a román nemzeti egység ideálja megvalósulásának szimbólumává.