Le , Dhôme s'engage en tant que volontaire dans l'armée pour une durée de trois ans. Il est affecté à l'aviation. Peu après arrive la guerre, il est transféré à l'infanterie le , au sein du 140e régiment d'infanterie. Le , il est blessé par un éclat d'obus à la cuisse droite. Une fois guéri, il retourne dans l'aviation et commence, le , une formation de pilote. Le , il se présente à l'école formation de Buc. Le , Dhôme reçoit le brevet de pilote militaire no 2624. Six jours plus tard, il est promu au grade de caporal. Le , il devient instructeur à Juvisy. Le , il est promu au grade de sergent[2].
Dhôme est par la suite envoyé enseigner dans les écoles de formation d'Avord, de Cazaux, de Pau. Le , il est stationné à Villacoublay. Le , il est affecté à une unité sur la ligne de front, dans l'Escadrille SPA 81[2] dans laquelle il pilote un Spad VII. Il remporte sa première victoire aérienne le . Il partage son deuxième succès avec un autre pilote français une semaine plus tard. Après sa troisième victoire le , il est promu au grade d'adjudant le . Il abat deux nouveaux avions allemands les 11 et et devient un as, un fait qui lui vaudra de recevoir la Médaille militaire, le , en plus de sa Croix de guerre[3].
Le , Dhôme partage sa sixième victoire avec Henri Péronneau. Il remportera trois nouvelles victoires en 1918, dont une sur un ballon d'observation (partagée avec Armand de Turenne). Le , Dhôme reçoit la Légion d'honneur. Le , il est promu au grade de sous-lieutenant[3].
Il est fait officier de la Légion d'honneur en [2].
Records du monde
les 8 et , sur l'autodrome de Linas-Montlhéry (avec Albert Perrot et Armand Girod) : 4 000 miles, 5 000 miles, et 48 heures (à plus de 176 km/h de moyenne)[14], 5 000 miles et 48 heures (à plus de 176 km/h de moyenne) ;
le : 10 000 km à la moyenne de 168,5 km/h ;
du 8 au : 11 records internationaux
Seconde Guerre mondiale
Dhôme sert également son pays pendant la Seconde Guerre mondiale. Commandant le Groupe de Chasse 1/55 , il sera promu au grade de commandant. À la fin de la guerre, en 1945, il est promu au grade de lieutenant-colonel. En , il est élevé au plus haut grade de la Légion d'honneur : il est fait commandeur[2].
(en) Norman Franks, Over the front : a complete record of the fighter aces and units of the United States and French Air Services, 1914-1918, Londres, Grub Street, (ISBN978-0-948817-54-0 et 0-948-81754-2, lire en ligne).