Kirchheim sai ensimmäisen maailmansodan alussa komennon Hannoverin Jäger-pataljoonissa nro 10. Hänen pataljoonansa kanssa hän osallistui taisteluun Länsi-Rintamalla, jossa hänet ylennettiin kapteeniksi 24. elokuuta 1914. Samana päivänä Kirchheim ammuttiin kaulasta - yrittäessään ottaa englantilaisen patteriaan Fontaine aux Pierre'ssä Cambraista itään. Toipumisensa jälkeen hän ja hänen pataljoonansa siirrettiin toukokuussa 1915 vasta perustettuun Alppien joukkoihin ja lähetettiin heidän kanssaan Tirolissa, Itävalta-Unkarissa taistelemaan Alppien sodassa.
Ensimmäinen Isonzo-taistelu. Arkkitehti Karl vieraili pataljoonissa 27. kesäkuuta ja antoi hänelle Edelweiss-merkin, jota käytettiin Shakon ja Capin kampanjan loppuun asti. Hänen pataljoonansa siirrettiin takaisin Länsi-Rintamalle vuoden 1916 alussa ja osallistui Verdunin taisteluun, jossa Kirchheim haavoittui ja lähetettiin Charlevillen sairaalaan. 15. elokuuta Kirchheim nimitettiin pataljoonan komentajaksi. 25. elokuuta 1918 Kirchheim johti pataljoonaan Kemmelin kimppuun, kun tykistökuoppa haavoitti häntä päähän. Kirchheimin hyökkäyksessä saavutetusta ansiosta hänet haettiin 12. toukokuuta Pour le Mérite -palkinnolle, mutta hän ei saanut sitä. Kirchheim ja hänen pataljoonansa erosivat jälleen Sommen ja Oisen välisessä puolustustaistelussa siten, että hänen rykmenttinsa komentaja ehdotti häntä toistamiseen palkinnon saajaksi. Kaiser Wilhelm II antoi 13. lokakuuta 1918 hallituksen määräyksen, jonka mukaan Pour le Mérite -mitali myönnetään ansioituneelle upseerille. Sodan viimeisinä viikkoina Kirchheim ja hänen pataljoonansa siirrettiin uudelleen, tällä kertaa Balkanille. Perääntymiskamppailujen jälkeen Serbiassa ja Makedoniassa he palasivat Saksaan Unkarin ja Tonavan ja Savan kautta.