Net als haar jongere zus Anastasia bezocht Maria tijdens de Eerste Wereldoorlog gewonde soldaten in een privéziekenhuis op het terrein van het paleis in Tsarskoje Selo. De twee tieners, die net als hun moeder en oudere zussen te jong waren om verpleegster te worden, speelden dam- en biljartspelletjes met de soldaten en probeerden hen op te vrolijken. Een gewonde soldaat genaamd Dmitri ondertekende Maria’s alledaagse boek en sprak haar aan met een van haar bijnamen: “de beroemde Mandrifolie”.
Tijdens de oorlog brachten Maria en Anastasia ook een bezoek aan een verpleegstersschool en hielpen ze bij de verzorging van de kinderen. Ze schreef haar vader dat ze aan hem dacht toen ze de kinderen te eten gaf en maakte de pap die langs hun kin liep met een lepel schoon. Voor een pauze tijdens de oorlog bezochten Maria, haar zussen en moeder soms de tsaar en tsarevitsj Alexei op het oorlogshoofdkwartier in Mogilev. Tijdens deze bezoeken voelde Maria zich aangetrokken tot Nikolai Dmitrievich Demenkov, een toenmalige officier op het hoofdkwartier van de tsaar. Toen de vrouwen terugkeerden naar Tsarskoje Selo, vroeg Maria haar vader vaak om Demenkov de groeten te doen en ondertekende ze soms gekscherend haar brieven aan de tsaar “Mevrouw Demenkov”.