1911’de, İtalyanların Trablusgarp'a hücumu ile başlayan Trablusgarp Savaşı'nda, Atatürk bir grup arkadaşıyla birlikte Tobruk ve Derne bölgesinde görev aldı. 22 Aralık 1911'de İtalyanlara karşı Tobruk Savaşı'nı kazandıktan sonra 6 Mart 1912'de Derne Komutanlığı’na getirildi.
Ekim 1912'de Balkan Savaşı başlayınca Atatürk, Gelibolu ve Bolayır'daki birliklerle savaşa katıldı, Dimetoka ve Edirne'nin geri alınışında önemli hizmetler verdi. 1913 yılında Sofya Ateşe Militerliği’ne atandı ve 1914 yılında yarbaylığa yükseldi. Hayatının ilk aşkını Sofya’da bir Bulgar kızı ile yaşadığı söylenmekteydi.
1914’te Birinci Dünya Savaşı başlamıştı ve Osmanlı İmparatorluğu da savaşa girmek zorunda kalmıştı. Atatürk, 19. Tümen'i kurmak üzere Tekirdağ'da görevlendirildi. 18 Mart 1915'te Çanakkale Boğazı'nı geçmeye kalkan İngiliz ve Fransız donanması ağır kayıplar verince Gelibolu Yarımadası'na asker çıkarmaya karar verdiler. 25 Nisan 1915'te Arıburnu'na çıkan Liman Von Sanders yönetimindeki düşman kuvvetlerini, Atatürk’ün komuta ettiği 19. Tümen, Conkbayırı'nda durdurdu. Çanakkale’de kahramanca savaşan Atatürk, "Çanakkale geçilmez!" sözünün de doğduğu bu büyük askeri başarısıyla albaylığa yükseldi.
İngilizler 6–7 Ağustos 1915'te Arıburnu'nda tekrar taarruza geçmişlerdi. Anafartalar Grubu Komutanı Atatürk, 9–10 Ağustos'ta komuta ettiği ordusuyla Anafartalar Zaferi'ni kazandı. Bu zaferi 17 Ağustos'taki Kireçtepe ve 21 Ağustos'taki II. Anafartalar Zaferi takip etti.
Atatürk, Çanakkale Savaşları’ndan sonra 1916'da Edirne ve Diyarbakır'da görev aldı. 1 Nisan 1916'da tümgeneralliğe yükseldi ve Ruslarla savaşarak mus ve Bitlis'in geri alınmasını sağladı. Şam ve Halep'teki kısa süreli görevlerinden sonra 1917'de İstanbul'a giden Atatürk, Veliaht Vahdettin Efendi'yle Almanya'ya giderek cephede incelemelerde bulundu. Bu seyahatten sonra hastalanıp, Viyana'ya ve Karisbad'a giderek tedavi oldu. Atatürk, 15 Ağustos 1918'de Halep'e 7. Ordu Komutanı olarak geri döndü. Bu cephede İngiliz kuvvetlerine karşı kahramanca savaştı. Mondros Mütarekesi'nin imzalanmasından bir gün sonra, 31 Ekim 1918'de Yıldırım Orduları Grubu Komutanlığı'na getirildi ve daha sonra bu ordunun kaldırılması üzerine 13 Kasım 1918'de İstanbul'a gelip Harbiye Nezareti’nde (Bakanlığında) göreve başladı.