En janvier 1914, sous couvert d’activités archéologiques, Wooley et Lawrence sont envoyés par l’armée britannique en mission de renseignements dans la péninsule du Sinaï. Lawrence visite notamment Aqaba et Pétra. De mars à mai, Lawrence retourne travailler à Karkemish. Après l’ouverture des hostilités en août 1914, sur le conseil de S. F. Newcombe, Lawrence décide de ne pas s’engager immédiatement et attend octobre pour le faire car la Grande-Bretagne entend ne pas provoquer la Turquie et attend que cette dernière entre dans le conflit.
Grande révolte arabe de 1916-1918.
Une fois engagé, il est nommé au Caire, où il travaille pour les services de renseignements militaires britanniques. Sa très bonne connaissance des Arabes en fait un agent de liaison idéal entre les Britanniques et les forces arabes. En juin 1916, il est envoyé dans le désert afin de rendre compte de l’activité des mouvements nationalistes arabes. Durant la guerre, il combat avec les troupes arabes sous le commandement de Fayçal ibn Hussein, un fils d'Hussein ibn Ali (chérif de La Mecque) qui mène une guérilla contre les troupes de l’Empire ottoman. La contribution principale de Lawrence à l’effort britannique consiste à convaincre les Arabes de coordonner leurs efforts afin d’aider les intérêts britanniques. Il persuade notamment les Arabes de consolider leurs positions sur les côtes du Hedjaz, à Rabigh et Yenbo, et de ne pas chasser tout de suite les Ottomans de Médine, forçant ainsi les Turcs à conserver de nombreuses troupes pour protéger la ville. Les Arabes harcèlent le chemin de fer du Hedjaz qui approvisionne Médine, immobilisant davantage de troupes ottomanes pour protéger et réparer la voie et empêchant ainsi l'ennemi de disposer de renforts contre les Anglais dans le Sinaï puis en Palestine. En 1917, après la prise d'El Ouedj, la route du nord s'ouvre à Fayçal et à ses hommes. Lawrence organise une action commune entre les troupes arabes et les forces de Auda Abu Tayi, chef des Howeitat, jusqu’alors au service des Ottomans, contre le port stratégique d’Aqaba, et ce sans prendre l'avis de l'État-major anglais du Caire qui a déjà organisé une opération amphibie pour tenter de s'emparer de la place mais qui ne pouvait espérer la conserver si l'on ne prenait pas en même temps le contrôle de la voie menant d'Aqaba à Maan où stationnait une importante garnison ottomane. Le 6 juillet, après une audacieuse attaque terrestre, Aqaba tombe aux mains des Arabes. En novembre, Lawrence échoue dans sa tentative de faire sauter à la dynamite l'important viaduc de Tell el-Shehab, sur le Yarmouk, affluent du Jourdain. Un peu plus tard, il aurait été appréhendé par les Turcs à Deraa alors qu’il menait une mission de reconnaissance déguisé en Arabe. Il ne semble pas être reconnu, bien que sa tête ait été mise à prix. Il aurait fait l'objet de sévices mais serait parvenu malgré tout à s’échapper. Un an plus tard, le 1er octobre 1918, Lawrence participe à la prise de Damas, libérée par des troupes anglo-australiennes, après avoir aidé à remporter l'une des seules batailles rangées livrées par les Bédouins à Tafilah puis avoir talonné les colonnes turques en retraite.
Lawrence porte le costume arabe, monte à chameau, adopte nombre de coutumes locales et devient bientôt proche du prince Fayçal. Vers la fin de la guerre, il cherche sans succès à convaincre ses supérieurs de l’intérêt de l’indépendance de la Syrie pour le Royaume-Uni et notamment par le détournement des Arabes des seuls principes religieux pour l'investissement dans une logique politique à la façon des États modernes (« Il était bon, pour la Révolte arabe, d'avoir à changer sitôt de caractère au cours de sa croissance. Nous avions travaillé désespérément à labourer un sol en friche, tentant de faire croître une nationalité sur une terre où régnait la certitude religieuse, l'arbre de certitude au feuillage empoisonné qui interdit tout espoir. »). Néanmoins, il ne soutenait pas le projet du chérif Hussein de La Mecque de créer un grand royaume arabe comprenant le Hedjaz, la Jordanie, l'Irak et la Syrie. Pour lui, chacun de ces États devait être enfermé dans ses frontières propres : c'était l'intérêt des Britanniques de morceler le Moyen-Orient, même si, dans la logique de Lawrence, la Syrie devait acquérir une réelle indépendance. En juillet 1920, la colonne française du général Mariano Goybet, précédant le général Henri Joseph Eugène Gouraud, bat les troupes chérifiennes à Meissaloun et chasse Fayçal de Damas, brisant l’espoir de Lawrence de libérer la Syrie, même si lui-même au fond reconnut plus tard que « ... si nous gagnons la guerre, les promesses faites aux Arabes seraient un chiffon de papier... », Faisant allusion aux accords secrets Sykes-Picot.