Pirmā pasaules kara laikā kā divīzijas komandieris karoja Karpatos un Galīcijā. 1915. gada aprīlī krita austriešu gūstā, tomēr 1916. gada jūlijā viņam izdevās izbēgt, viņš atgriezās armijas sastāvā un tika iecelts par armijas korpusa komandieri. Pēc Februāra revolūcijas 1917. gada 2. martā Krievijas Pagaidu valdība iecēla Korņilovu par Petrogradas kara apgabala karaspēka komandieri. Aprīļa beigās viņš nolika Petrogradas kara apgabala komandiera pilnvaras, un tika iecelts par frontes 8. armijas komandieri. Izgāžoties Jūnija ofensīvai, 19. jūlijā Korņilovs tika iecelts par Krievijas armijas virspavēlnieku, nomainot amatā Alekseju Brusilovu.
Kā armijas virspavēlnieks 1917. gada augustā Korņilovs sāka koncentrēt lojālas militārās vienības ap Petrogradu. Ar pagaidu valdību tika vestas pārrunas par šo spēku ienākšanu pilsētā, lai apspiestu nemierus un boļševiku struktūras. Tomēr vienošanās netika panākta, un 26. augustā Pagaidu valdība pasludināja Korņilovu par dumpinieku. Karaspēks, kas virzījās uz Petrogradu, ar boļševiku atbalstu tika apstādināts Petrogradas pievārtē. Notikumi nostiprināja boļševiku pozīcijas un novājināja Pagaidu valdības stāvokli.
Pēc Korņilova dumpja izgāšanās arestēts un kopā ar citiem Krievijas virsniekiem ieslodzīts Bihavā. 19. novembrī (2. decembrī), jau pēc Oktobra revolūcijas uzvaras, Krievijas armijas virspavēlnieks Nikolajs Duhoņins izdeva pavēli par virsnieku atbrīvošanu. Korņilovs līdz ar citiem devās uz Krievijas dienvidiem, kur sāka veidoties Balto kustība. Kā Brīvprātīgo armijas komandieris piedalījās t.s. Ledus maršā. Kritis, balto spēkiem ieņemot Jekaterinodaru. Tika apglabāts vācu kolonijā Gnačbavā. Nākamajā dienā apdzīvoto vietu ieņēma sarkanie, Korņilova mirstīgās atliekas tika izraktas un publiski sadedzinātas.