В 1916 г. Уссурийская дивизия была переброшена на Юго-западный фронт, где приняла участие в Брусиловском прорыве. В середине августа нерчинцы выдержали тяжелый бой с 43-м германским полком, а в середине сентября в ходе боев в Карпатах захватили 118 пленных, а также большое количество оружия и боеприпасов. За это Нерчинский полк получил благодарность от императора, а его шефом был назначен цесаревич Алексей.
В конце 1916 г. Уссурийская дивизия была переброшена на Румынский фронт. Сам же Врангель в середине января 1917 г. был назначен командиром 1-й бригады Уссурийской конной дивизии, а чуть позже за боевые заслуги получил производство в генерал-майоры.
Отношение Врангеля к кардинальным политическим переменам, которые принесла Февральская революция, было резко отрицательным. Конечно, он осознавал те сложности, с которыми столкнулась Россия в годы Первой мировой. Видел он и постепенно нарастающее недовольство и разложение частей. Однако все это не могло быть для него поводом поддержки политического оппортунизма февралистов. Когда был зачитан манифест великого князя Михаила Александровича о неготовности принять престол, Петр Николаевич заявил: «Это конец, это анархия». Начавшийся развал армии только подтверждал верность этих слов.
«С падением Царя, пала сама идея власти, в понятии русского народа исчезли все связывающие его обязательства, при этом власть и эти обязательства не могли быть ни чем соответствующим заменены».
Вскоре Врангель разошелся со своим начальником генералом Крымовым, который принял под свое командование весь 3-й конный корпус. То ли раскол произошел по политическим вопросам, то ли конфликт заключался во взгляде на роль армии в консолидации власти — в итоге Врангель отказался принимать командование Уссурийской конной дивизией и уехал в Петроград. Здесь он пытался создать собственную подпольную военную организацию, которая должна была осуществить военный переворот и назначить диктатором Л. Г. Корнилова. Однако тот в конце апреля оставил должность командующего Петроградским военным округом и уехал в действующую армию, поставив крест на реализации планов Врангеля.
Лишь во второй половине июля в разгар летнего наступления 1917 г. он получил новое назначение — начальником 7-й кавалерийской дивизии. Прибыв на фронт, Врангель начал с приведения в порядок интендантской службы. В дальнейшем дивизия вела активные действия по прикрытию отхода разлагающихся пехотных частей. Врангель был назначен командиром Сводного корпуса, который действовал на стыке двух армий. Иногда приходилось прибегать к силе, чтобы восстановить порядок и не допустить мародерства. Как писал начальник штаба полковник В. Н. фон Дрейер: «Врангель, очень храбрый и самостоятельный, в сущности, не нуждался в начальнике штаба; он все решал сам. Иногда только спрашивал мое мнение; отдавал лично приказания, носился галопом в течение дня от одного полка дивизии к другому, но нередко упускал управление боем… Служить с ним на войне было легко, но не всегда приятно, до того это был беспокойный человек. Он все время хотел что-то делать, не давал никому ни минуты покоя, даже в те дни, когда, стоя неделями в резерве, делать было абсолютно нечего».
Глава правительства А. В. Кривошеин, Верховный правитель Юга России П. И. Врангель и начальник штаба П. Н. Шатилов. Севастополь, 1920 г.
Отход Сводного корпуса сопровождался отдельными боями. Так, 25 (12) июля он выдержал натиск вражеской кавалерии. Тогда противник открыл мощнейший артиллерийский огонь, в войсках началась паника. Врангель решил действовать собственным примером. В дальнейшем он писал в мемуарах: «Я скомандовал «смирно» и, сев за стол, потребовал себе чая. Новый снаряд прогудел в воздухе и, ударившись где-то вблизи, разорвался. Один осколок, громко жужжа, упал у самого стола так, что я, не вставая со стула, мог, нагнувшись, его взять. Я поднял осколок и, повернувшись, к ближайшему полку, крикнул солдатам: «Бери, ребята, горяченький, к чаю на закуску!» и бросил осколок ближайшему солдату. В одну минуту лица просветлели, послышался смех, недавней тревоги не осталось и следа… С этого дня я почувствовал, что полки у меня в руках, что та психологическая связь между начальником и подчиненными, которая составляет мощь каждой армии, установилась». На следующий день была получена телеграмма: «Прошу принять лично и передать всем офицерам, казакам и солдатам Сводного Конного корпуса особенно же Кинбурнским драгунам и Донцам мою сердечную благодарность за лихие действия корпуса 12-го июля, обеспечившие спокойный отход частей на стыке армий. Корнилов». Врангель был награжден специальным Георгиевским крестом 4-й ст. с лавровой ветвью (солдатский знак отличия, вручавшийся офицерам).