На армию Г. ген. А.А. Брусиловым было возложено нанесение главного удара на Ковель, несмотря на рекомендации Ставки, предлагавшей выбрать направлением главного удара Трансильванию. Г. были переданы правофланговые XXXIX и XL АК из 8-й армии и IV Сибирский АК из резерва фронта. Намеченное на 17(30) сент. наступление было сорвано ударом герм. группы ген. Г. фон Марвица, нанесшего поражение IV Сибирскому АК под Синюхами (корпус потерял ок. 6 тыс. чел., в т.ч. 3 тыс. пленными). 19 сент. (2 окт.) вместе с 8-й армией вступил в бои, получившие название "5-е Ковельское сражение". Продолжал ожесточенные атаки до 22 сент. (5 окт.), когда из-за нехватки арт. снарядов операция была остановлена. После этого 8-я армия была переброшена в Лесистые Карпаты, а ее войска вошли в состав армии Г., численность которой достигла 12 армейских и 2 кав. корпусов. Считая, что управление таким большим количеством войск затруднительно, Г. разделил армию на северную и южную группы. В последних числах сентября Г. провел 3-дневное 6-е Ковельское сражение, в котором успеха рус. войска вновь не добились, понеся неоправданно большие потери.
С 10.11.1916 по 17.2.1917 во время болезни ген. М.В. Алексеева исполнял обязанности начальника штаба Верховного главнокомандующего, номинально оставаясь во главе армии (замещал Г. на посту командующего армией ген. П.С. Балуев).
Проявил властный характер (в отличие от мягкого Алексеева), активно противостоял попыткам союзников ускорить рус. наступление в 1917.
Провел реорганизацию армии, состоявшую в том, что полки 4-батальонного состава сведены в 3-батальонные, а из освободившихся 4 батальонов были сформированы третьи дивизии корпусов. К февр. реорганизация была в целом завершена. В нояб.-дек. 1916 тяжелые бои шли только на Румынском фронте на позициях 9-й и 4-й армий. На всем остальном фронте было спокойно. При планировании кампании 1917 вместе с ген. А.С. Лукомским разработал план, предусматривавший перенос стратегического решения на Румынский фронт и Балканы. На Северном, Западном и Юго-Западном фронтах Ставка отказывалась от масштабных операций. Однако ген. Рузский и А.Е. Эверт категорически высказались против этого плана, и он был поддержан только ген. А.А. Брусиловым. Являясь лишь исполняющим обязанности начальника штаба, Г. не смог настоять на исполнении разработанного им плана и прибывший в февр. Алексеев изменил его положения.
После Февральской революции 31.3.1917 сменил ген. Эверта на посту главнокомандующего армиями Западного фронта. После обнародования в приказе по армии и флоту Декларации прав военнослужащих Г. 15 мая подал Верховному главнокомандующему и министру-председателю Временного правительства рапорт, что он "снимает с себя всякую ответственность за благополучное ведение дела". За это Г. указом Временного правительства от 22.5.1917 смещен с должности с запрещением назначать его на пост выше начальника дивизии.
