I. Dünya Savaşı yaklaşırken, Osmanlı İmparatorluğu'nun askeri liderleri ateş hattında sağ kalabilmenin çarelerini arıyorlardı. Ordunun ıslahı düşünülüyordu. Osmanlı ordusunda yenilik yapmak için Almanya'dan istenen kurulun başkanı olarak 14 Aralık 1913'te İstanbul'a geldi. Önce, Osmanlı Ağustos 1914'te I. Kolordu komutanı oldu. 1914'e kadar Osmanlı ordusunda bazı reform çalışmaları yaptı. Almanya ile yapılan anlaşma gereğince mareşallik rütbesine yükseltilen Sanders, Mart 1915'te de Çanakkale'de V. Ordu komutanı oldu. Bu atanma ile Çanakkale'deki tüm idari yetkiyi eline alan von Sanders, düşmanın çıkarma yapacağı noktaları tahminde yanıldı ve yaklaşık dokuz ay süren bu savaşlarda komutanlık görevini sürdürdü.
1917-1918 yıllarında bu kez Filistin Cephesi'nde IV., VII. ve VIII. ordulardan oluşan Yıldırım Orduları Grubu komutanlığına getirilen Liman Von Sanders, İngiliz generali Allenby'nin saldırılarına karşı koyamadı. Eylül 1918'de Filistin Cephesi yarılınca kuvvetlerini Halep'e kadar çekti. Bundan sonra Yıldırım Orduları Grubu Komutanlığı'nı Mustafa Kemal (bkz. Atatürk) yürüttü.
Mondros Mütarekesi'nden sonra bir süre İstanbul'da gözaltında tutuldu. Alman askerlerinin geri gönderilmesi çalışmalarını üstlendi ve daha sonra kendisi de Almanya'ya döndü. Son yıllarını anılarını yazarak geçirdi
Sanders, Mondros Mütarekesi'nin imzalanmasından (30 Ekim 1918) hemen sonra Türkiye'den ayrıldı. Sanders'in Türkiye ile ilgili iki eseri vardır, Malta'da savaş suçlusu olarak bulunduğu süre içinde yazdığı "Türkiye'de Beş Sene" ve "Milleti Müselleha". Otto Liman Von Sanders 1929 yılında Münih'de öldü.