Август 1914 — Вступил в войну в составе XIV армейского корпуса 4-й армии.
13 августа 1914 — Атаковал и выбил противника из деревни Гута, уничтожив 11-й гонведный полк и захватив его знамя (за эти действия в августе 1916 награжден Георгиевским оружием).
30 августа 1914 — Командующий VI армейским корпусом в составе 2-й армии.
16-17 сентября 1914 — Деблокировал крепость Осовец, после чего корпус был передан в 10-ю армию.
Сентябрь 1914 — Успешным фланговым ударом от Граева вышел в тыл германской армии, но штаб фронта не развил успех.
Октябрь 1914 — Корпус вошел в состав вновь сформированной 1-й армии.
9 ноября — 6 декабря 1914 — По причине ранения состоял в резерве чинов при штабе Минского ВО.
6 декабря 1914 — Командующий V армейским корпусом (7-я и 10-я пехотные дивизии).
Февраль 1916 — Возглавил левофланговую группу 2-й армии (V АК, III Сибирский АК, XXXV АК).
5-8 марта 1915 — Руководил действиями группы на линии озеро Нарочь — Вишневская, успешными действиями оттеснил противника, выбил германские войска из Постав и взял в плен 18 офицеров и около 1300 солдат (за эти действия в августе 1916 года награжден орденом Св. Георгия IV степени).
1916 — Участвовал в наступлении генерала А. А. Брусилова на Стыре и Липе.
10 ноября 1916 — Совмещал командование корпусом с руководством Особой армией.
18 марта — 9 июля 1917 - Командующий Особой армией в в составе Юго-Западного фронта (XXXI, XXXIX, XLVI армейские и IV конный корпус). В ходе Июньского наступления Особой армии отводилась пассивная роль.
19 июля 1917 — Сдал командование генералу Ф. С. Рербергу.
Чины Штаба Юго-Западного фронта вместе с военным министром А. И. Гучковым. Слева от него — генералы П. С. Балуев, А. А. Брусилов, А. М. Каледин, А. Е. Гутор, Д. С. Шуваев, Н. Н. Духонин.
Главнокомандующим Юго-западным фронтом был назначен случайно, наспех, генерал Балуев... (А. И. Деникин).
5 августа — 12 ноября 1917 — Главнокомандующий армиями Западного фронта.
12 ноября 1917 — Отстранен от должности и арестован Военно-революционным комитетом фронта.
Красная армия
1918 — Вступил в Красную армию.
1919 — Инспектор военных сообщений Высшей военной инспекции.
1920 — Входил в состав Особого совещания при Главкоме и Комиссии по исследованию и использованию опыта 1-й мировой войны.
На преподавательской работе.
Умер в Москве в 1923 году.
Сочинения
Исторические и статистические описания станиц и городов, посещаемых г. военным министром при объезде его превосходительством Области Войска Донского в 1900 году. Новочеркасск : Обл. Войска Донск. тип., 1900 (РГБ)
Военно-топографический обзор Бобро-Наревского района. Ломжа : тип. Штаба 6-го армейского корпуса, 1909.
Записка ген. от инфантерии Балуева.
Восьмая армия в Луцком прорыве // В книге «Луцкий прорыв». М., 1924. Стр. 31-79.