Воевал храбро и умело. В Галицийской битве 15 августа нанес поражение группе генерала Г. Кёвесса фон Кёвессгаза у Подгайцев. 17 августа в ночном бою у Желибор разгромил генерала Крага, взяв четыре тысячи пленных и тридцать два трофейных орудия. Среди побед, воспетых русской прессой, не затерялась Гнилая Липа. Так называлась река в Галиции, где русским войскам удалось нанести крупное поражение австрийцам. В самый критический момент, когда резервов уже не осталось, генерал кинул в бой весь свой штаб, лично возглавив атаку. Наградой стали орден Св. Георгия 4-й степени, чин генерала от инфантерии и должность командующего 3-й армией.
Увы, блестящая репутация Радко Дмитриева оказалась перечеркнута Горлицким прорывом в мае 1915 года, случившемся на участке его армии. С этого прорыва началось «великое русское отступление», закончившееся лишь к осени и приведшее к потере Польши, Галиции, Литвы и южной части Курляндии.
Командарм предупреждал об опасной концентрации сил противника. Сразу три армии – одна немецкая, генерала Макензена, переброшенная с Западного фронта, и две австро-венгерских не спеша охватывали войска Радко Дмитриева с флангов, сосредотачивая полторы сотни тяжёлых орудий против его двенадцати. Генерал звонил во все колокола о снарядном голоде и нехватке стрелковых боеприпасов. Безрезультатно.
Деникин в книге «Пути русского офицера» позже напишет, что Радко Дмитриев предлагал отвести армию из оперативного мешка. Но Ставка требовала: ни шагу назад! Один из крупнейших эмигрантских историков Первой мировой войны Антон Керсновский главными виновниками избиения наших войск весной и летом 1915 года считал Верховного главнокомандующего, великого князя Николая Николаевича и главкома Юго-Западного фронта Н.И. Иванова. «Радко Дмитриев, схватившийся с тремя неприятельскими армиями, был брошен на произвол судьбы, не получая никаких указаний и никакой поддержки. Вместо Верховного главнокомандующего был фонограф с раз навсегда напетой пластинкой „ни шагу назад!“, а вместо главнокомандующего фронтом – почтовый ящик. Никогда ещё ни один командующий армией не был в более критическом положении». Его же сделали стрелочником. Ну а кого ещё? Не великого же князя!
Отрешённый от командования, генерал уехал поправить здоровье, но отдых получился очень краткосрочным. Меньше, чем через две недели, в июне 1915-го Радко Дмитриев снова оказался на войне, а через год вступил в командование 12й армией Северного фронта. Эта армия занимала крайний правый стратегический фланг русского расположения, упирающийся в Балтийское море у Рижского залива, прикрывая Ригу и Петроград. Именно ей было поручено провести под Новый, 1917 год стремительное наступление против группы армий Heeresgruppe Eichhorn, названной так по фамилии генерал-фельдмаршала Германа Эмиля Готфрида фон Эйххорна, прошедшего победным маршем от Пруссии до Риги. Непосредственно с войсками болгарского русского генерала соприкалась 8я армия кайзера под командованием Гюнтера фон Кирбаха, а за его спиной маячила «непобедимая железная» десятая…