בשנת 1915, לאחר פרוץ מלחמת העולם הראשונה, הוא מונה לראש מטה האדמירליות הקיסרית. במהלך פרישתו הפך הולצנדורף לתומך חזק בלוחמת צוללות בלתי מוגבלת. הוא פרסם תזכיר בדצמבר 1916 שהוצג בפני הקייזר וילהלם השני ואושר בכנס פלס בינואר 1917. האמונה שמלחמת צוללות בלתי מוגבלת תרעיב את בריטניה ותביא למותה, ניתנה בהצהרה כי בריטניה תיאלץ לתבוע שלום תוך שישה חודשים. הוא גם ציין כי ניתן לקחת את הסיכון להתערבות אמריקאית ולהתעלם ממנה. [4] מדיניותו הצליחה להפריע הן לצי המלכותי והן לצי הסוחר עם הפסדי משלוח של מעל 6 מיליון טון בשנת 1917. הצוללות שלו הפכו פחות מוצלחות עם הפעלת שיטת השיירות, ארצות הברית הצטרפה למלחמה ובריטניה לא נאלצה להיכנע.[3] הוא לא האמין שארצות הברית תוכל להצטרף למלחמה, וחשב שצוללותיו ימנעו את פריסת הכוחות האפקטיבית שלהן לאירופה.
הולצנדורף הועלה לדרגת גרוס-אדמירל ב-31 ביולי1918; המינוי השישי והאחרון לדרגה זו בצי הקיסרי. הוא פרש שוב לאחר מריבות על מטרות מלחמה עם Oberste Heeresleitung (פיקוד הצבא העליון) באוגוסט 1918 והוחלף על ידי אדמירל ריינהרד שר.[3]
הולצנדורף התחתן עם מרגרטה ציטלמן ואימץ את שתי בנותיה של גיסתו האלמנה. [5] אדמירל הולצנדורף מת במחוז אוקרמארק ב-7 ביוני1919.[3]
^ 12Acta Borussica: Die Protokolle des Preußischen Staatsministeriums 1817–1934/38 (בגרמנית). Vol. 10. Berlin: Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften. 1999. p. 395.
^Tucker, Spencer C. (2013). The European Powers in the First World War: An Encyclopedia. Routledge. p. 347. ISBN978-1135506940.
