Три месяца Чапаев проходил обучение в запасном батальоне, повторяя курс первоначальной подготовки, уже пройденный шесть лет назад. То, что было необязательным для нашего героя, оказалось крайне необходимо для сотен его товарищей, которые прежде не призывались. Призыв в армию до Первой мировой войны в Российской империи был массовым, но не всеобщим: подлежащие направлению в войска определялись обычным жребием (один из двоих или троих годных по состоянию здоровья). Эти резервисты, в отличие от Василия, не имели навыков обращения с оружием, действий в полевых условиях и строевой подготовки.

В начале января 1915 года рядовой ратник ополчения Василий Чапаев прибыл в действующую армию, в 326-й Белгорайский пехотный полк 82-й пехотной дивизии. 82-я дивизия, входившая в состав 9-й армии генерала Платона Лечицкого, вскоре оказалась в сложной ситуации. 9–11 (22–24-го по новому стилю) января 1915 года немецкое командование начало наступление, чтобы прорвать блокаду австро-венгерской крепости Перемышль русскими войсками. 11-й армейский корпус ввязался в бои в Карпатах, 17-й корпус собирался на реке Днестр, а 30-й потерпел тяжелое поражение и отступил из Буковины за Днестр. Одновременно австро-венгерские войска под командованием генерала Карла фон Пфлянцер-Балтина пытались охватить левый фланг 9-й армии, бросив через Бессарабию две дивизии. Наступлению противника противостояли 2-й и 3-й конные корпуса, которые активными маневренными действиями заставили неприятеля прекратить атаки. Вскоре после отражения январского наступления противника Чапаев был зачислен в полковую учебную команду, которая готовила унтер-офицеров.

В феврале 1915 года 9-я и 11-я армии отбросили противника и уплотнили фронт осады. В начале марта осадный корпус получил в свое распоряжение восемь 11-дюймовых (280-миллиметровых) береговых мортир с фортов Кронштадтской крепости. Их огонь подавил артиллерию неприятеля. 13 марта русские войска взяли под контроль командные высоты на периметре крепости, решив исход осады. Деблокада была маловероятна, генерал-квартирмейстер ставки Юрий Данилов писал: «Из Перемышля гарнизон ежедневно тысячами расстреливает бессмысленно снаряды, не причиняя нам потерь и не решаясь больше на вылазки; впечатление таково, как будто противник стремится поскорее расстрелять свои снаряды. Это предположение согласуется с известиями о затруднениях по продовольствованию гарнизона». В действительности патронов и снарядов у противника оставалось в достатке, но воля к сопротивлению постепенно иссякала.

18 марта 1915 года войскам гарнизона были выданы продовольственные пайки — в сущности, последние крохи. Комендант Перемышля генерал Герман фон Кусманек намеревался вырваться из кольца. Одно из последних распоряжений по гарнизону гласило: «Солдаты! Мы разделили последние наши запасы. Честь нашей страны и каждого из нас запрещает, чтобы мы после той тяжелой, славной, победоносной борьбы попали во власть неприятеля, как беспомощная толпа. Герои солдаты! Нам нужно пробиться — и мы пробьемся». Однако последние вылазки австро-венгерского гарнизона были отражены.

Накануне капитуляции крепости гарнизон уничтожил бóльшую часть орудий и подорвал форты. Кавалерийских лошадей солдаты и офицеры пристрелили. В девять часов утра 9 (22) марта 1915 года Перемышль капитулировал. Оружие перед русскими войсками сложили сразу четыре армейских корпуса: девять генералов, 2875 офицеров, 113 тысяч 831 солдат (включая нестроевых). Оказалось, что 11-я армия овладела крепостью, гарнизон которой вдвое превышал ее численность.

В этом успехе значительная роль принадлежала и 9-й армии, которая не позволила противнику приблизиться к крепости и деблокировать ее. В ее рядах сражался и наш герой, которому принадлежит частица той славной победы, которая, увы, оказалась шагом к поражению русской армии в Первой мировой войне.

Летом дивизия и полк, ведя маневренные бои, отходили на восток от одного рубежа к другому в Галиции. В мае полк в ожесточенных боях удерживал город Стрый, чтобы прикрыть отход частей корпуса на новый рубеж. 21 мая цель была достигнута, и защитники города отступили. 25 мая белгорайцы успешно контратаковали неприятеля и пленили пятерых офицеров и около трехсот солдат, недосчитавшись всего двоих убитых и семерых раненых. После контрудара, в результате которого австро-венгры были выбиты из нескольких деревень, Белгорайский полк 30 мая у города Жидачов вывели в тыл, его позиции заняли Богодуховский и Новочеркасский полки. 5 июня белгорайцы заняли позицию у переправы на Днестре, западнее Моссоровки, но из-за больших потерь уже через четыре дня их сменили полки 2-й бригады 82-й дивизии. Белгорайский полк получил значительное пополнение и занимался его обучением в боевых условиях. 1–24 июля полк находился на фронте, после серии боев его вывели в резерв. 13 августа белгорайцы сменили Новомосковский полк у поселка Золотой Поток восточнее города Станислав (в советские годы — Ивано-Франковск). На рассвете на позиции полка обрушилась артиллерия противника, а затем в наступление пошли цепи австро-венгерской пехоты. Атака противника была отбита, но в ночь на 16 августа полк вынужден был отступить на левый берег реки Стрый. В этих сражениях Чапаев не раз проявлял исключительную храбрость и смекалку. Один из его сослуживцев впоследствии вспоминал: «Сидим мы в окопах, неприятель пускает ракеты: окружает нас, вот-вот мы попадем в плен. Сила их над нашей ротой тучей нависает. Офицеры все растерялись, а Чапаев выход нашел. — “Дайте-ка мне, — говорит ротному, — человек десять, я сейчас напугаю неприятеля, отведу грозу”. Ему дали охотников, он им говорит: “Как стану я подползать да как крикну прытко, вы все подхватывайте, наверняка перепугаем”. Вдруг Чапаев как вскочит да как крикнет: “Ура! ” А за ним и остальные на все голоса». После этого цепь неприятеля отступила, в рядах австрийцев вспыхнула паника. Авторитет Чапаева, по словам его боевого товарища, настолько вырос, что в критических ситуациях все надеялись на него. Склонность нашего героя к нестандартным действиям, которые оказывались неожиданными для неприятеля, в воспоминаниях подмечена верно. 10 июля 1915 года «за хорошее поведение и отличное знание службы» Чапаева произвели в младшие унтер-офицеры, минуя чин ефрейтора.

После стабилизации обстановки на фронте осенью 1915 года 82-я дивизия заняла позиции в районе селения Цумань. Пройдет чуть более четверти века, и в этих местах развернется лагерь одного из самых известных партизанских соединений Великой Отечественной — бригады под командованием чекиста Дмитрия Медведева. Уже в спокойной обстановке Чапаев получил первые боевые награды — Георгиевскую медаль и солдатский Георгиевский крест 4-й степени.

В конце сентября 1915 года в ходе тяжелых и неудачных боев в лесах под Цуманью (две роты заблудились и были почти полностью уничтожены неприятелем) Чапаев был ранен и направлен в госпиталь. Перебитое сухожилие руки требовало длительного лечения, и последствия этого ранения скажутся позднее, во время Гражданской войны: плохо действующая рука не позволяла нашему герою полноценно управлять лошадью, и тогда он будет просить командование выделить ему легковую машину или мотоцикл. Тем не менее после госпиталя он возвратился в свой полк. Немного осталось в полку тех, с кем начинал он свою боевую службу. По данным полкового врача, с 1 августа 1914-го по 1 января 1916 года полк недосчитался четырнадцати офицеров и 488 солдат и унтер-офицеров убитыми, 51 офицер и 2699 солдат и унтеров были ранены (столь значительное число — следствие повторных ранений). Но самые большие потери пришлись на пропавших без вести (часть из них погибла, другая оказалась в плену) — 17 офицеров и 3444 солдата. Столь значительное число пропавших без вести среди солдат и их небольшое количество среди офицеров отражало деморализацию русской армии во время «великого отступления» весной и летом 1915 года.