All’inizio della Grande Guerra fu posto a capo della 49° divisione sul Carso. Nelle operazioni di guerra Diaz si distinse per sprezzo del pericolo oltre che per capacità di comando; per le ferite riportate, venne anche decorato con la medaglia d’argento.

Dopo la disfatta di Caporetto, l’8 novembre 1917, Diaz fu improvvisamente designato a sostituire Luigi Cadorna come capo di stato maggiore generale e, recuperato quello che rimaneva dell'esercito, organizzò la resistenza sul monte Grappa e sul fiume Piave.

Guidò quindi, nel 1918, le truppe italiane durante l'offensiva di Vittorio Veneto e, rinsaldato l’esercito nell’organizzazione, nell’armamento e nel morale, grazie anche a un migliore trattamento delle truppe, le condusse brillantemente alla vittoria, che fu accompagnata dal suo famoso bollettino in cui comunicava la rotta dell'esercito austriaco e il conseguente successo italiano.

In tutta la sua carriera Diaz si distinse per sprezzo del pericolo oltre che per capacità di comando e nei difficili anni di guerra riuscì a dimostrare la sua capacità di soldato e la sua grande umanità, rivelandosi comandante ideale per un esercito che aveva ormai perduto molte delle speranze che lo avevano animato fino alla disfatta di Caporetto.

Attento alle esigenze dei suoi soldati seppe agevolarli concedendogli turni meno lunghi in trincea e licenze più frequenti. Per la gloriosa impresa di Vittorio Veneto Armando Diaz meritò nel 1921 il conferimento del titolo di Duca della Vittoria.

Fu inoltre decorato con il collare dell'Annunziata, divenne Senatore del Regno nel 1918, su nomina del Re, e durante il primo governo Mussolini fu ministro della Guerra. Nel 1924 lo stesso duce lo nominò con Cadorna Maresciallo d’Italia.