Зеекадет Дениц был трудолюбивым и замкнутым молодым человеком, считавшим «преданность долгу главной моральной ценностью».[217] Во время учебы он особенно не выделялся и не пользовался уважением товарищей. В 1912 году его перевели в военно-морское училище в Мюрвике, а затем, для завершения обучения, назначили вахтенным офицером на легкий крейсер «Бреслау». Осенью 1913 года Деница произвели в лейтенанты цур зее. Во время Балканского кризиса «Бреслау» участвовал в международной блокаде Черногории.
Начало первой мировой войны застало «Бреслау» в Средиземном море. Ему удалось уйти от англичан в Турцию, где крейсер присоединился к флоту Оттоманской империи и воевал в Черном море против русских. Во время одного из рейдов «Бреслау» ворвался в гавань Новороссийска, потопил все находившиеся там корабли и разрушил нефтехранилища.
В июле 1915 года у входа в Босфорский пролив «Бреслау» подорвался на русской мине. Пока крейсер ремонтировали, Дениц устроился в ВВС и в качестве стрелка и летнаба принял участие в боевых действиях у Галлиполи. В феврале 1916 года его произвели в обер-лейтенанты цур зее, а летом отозвали в Германию и отправили переучиваться на офицера подводного флота, на который возлагались большие надежды. С 1 октября 1916 года по январь 1917 года Дениц прошел необходимую подготовку и продолжил службу в Адриатике, на U-39, которой командовал капитан-лейтенант Вальтер Фольстман.[218], в качестве торпедного офицера. Здесь Карл Дениц приобрел необходимые практические навыки. Он хорошо зарекомендовал себя, был вызван в Киль, закончил там курсы командиров подлодок и в январе 1918 года получил UC-25 водоизмещением 417 тонн, бывшую одновременно минным заградителем и торпедной субмариной. Дениц получил приказ действовать в Средиземном море.
К тому времени, когда Дениц вывел лодку в первое патрулирование, было ясно, что германская тотальная подводная война не оправдала надежд и потерпела поражение, так как англичане разработали надежную систему конвоев и обладали мощными глубинными бомбами. Тем не менее Дениц отличился. Сначала он потопил пароход, а затем дерзко проник на внутренний рейд сицилийского порта Аугуста и потопил 5000-тонный итальянский угольщик, который принял за английскую плавучую мастерскую «Сайклопс». Даже несмотря на то что, возвращаясь на базу, Дениц посадил лодку на мель, Кайзер наградил его орденом Дома Гогенцоллернов. К великому стыду Карла Деница, с мели его снял австрийский эсминец.
UC-25 починили в июле, и Дениц снова вывел ее в море. Он поставил мины в районе мыса Корфу и торпедировал 4 корабля. Один выбросился на берег, а другие, видимо, утонули. У Деница не было времени следить за ними, ведь его мог уничтожить сильный эскорт. Этот поход был большим его достижением, особенно если учесть, что устаревшая UC-25 могла нести только 5 торпед. В награду Дениц получил более быстроходную и большую субмарину UB-68. К несчастью, экипаж был неопытен, а лодка была неустойчива при погружении.
4 октября 1918 года Дениц атаковал британский конвой, потопил транспорт «Упэк» (3883 т) и приказал погружаться. Неопытный механик растерялся, и субмарина, приняв опасный дифферент, камнем пошла ко дну. Опасаясь, что огромное давление раздавит корпус, Дениц приказал продуть цистерны, дать полный ход и поставить рули в горизонтальное положение. Лодка остановилась на глубине 102 метров — на 32 метра ниже максимально допустимого предела погружения. Цистерны со сжатым воздухом треснули, и потерявшую управление субмарину вышвырнуло на поверхность моря. Выглянув из люка, Дениц обнаружил, что находится в центре британского конвоя и к нему на полном ходу несутся изрыгающие огонь эсминцы. Он быстро задраил люк и приказал погружаться, но сжатый воздух кончился, и это оказалось невозможно сделать. Поскольку снаряды ложились уже в нескольких метрах от корпуса лодки, Дениц отдал приказ экипажу покинуть ее. Механик открыл кингстоны, чтобы затопить субмарину, но замешкался и унесся с ней в морскую пучину. Картина его смерти преследовала Деница до конца жизни. Кроме механика утонуло еще два человека. Остальных подобрали британцы.
Дениц попал в лагерь для офицеров в Редмайере близ Шеффилда. Его шансы получить на родине работу по профессии были бы больше, если бы он успел репатриироваться раньше тысяч других офицеров. Для этого Дениц симулировал сумасшествие. По свидетельству Вольфганга Франка, он, как ребенок, играл с пустыми консервными банками и маленькими фарфоровыми собачками, пока даже лагерное начальство не сочло его сумасшедшим.[219] Много лет спустя его бывшие товарищи по лагерю возмущались, когда Дениц, которого они помнили ненормальным, занял высшие посты в Кригсмарине. Карл Дениц моментально излечился от своей «болезни» в июле 1919 года, как только вернулся в Германию. Он продолжил службу на военной базе в Киле, но в душе страстно желал вернуться на подводный флот, который должен был возродиться, несмотря на то что Версальский договор запрещал Германии иметь таковой.