Od 1909 roku w stopniu wiceadmirała dowodził Hochseeflotte. W 1910 roku awansowany na stopień admirała, a trzy lata później przeniesiony w stan spoczynku. W 1915 roku przywrócony do służby na stanowisko szefa sztabu admiralicji. Jego poprzednik Gustav Bachmann był przeciwny nieograniczonej wojnie podwodnej, co było przyczyną jego zastąpienia przez Holtzendorffa. W 1918 roku został odznaczony, jako jedyny z dotychczasowych szefów sztabu admiralicji, Orderm Pour le Mérite z liśćmi dębu i awansowany na stopień wielkiego admirała. 27 sierpnia 1918 roku ostatecznie przeszedł w stan spoczynku.
Odznaczenia Odznaczenia adm. von Holtzendorffa to między innymi: Order Orła Czarnego z łańcuchem (Prusy) Krzyż Wielki Orderu Orła Czerwonego z liśćmi dębu i mieczami na pierścieniu (Prusy) Order Królewski Korony I klasy (Prusy) Orderm Pour le Mérite z liśćmi dębu (Prusy) Order Orła Czerwonego II klasy z mieczami na pierścieniu i koroną (Prusy) Order Orła Czerwonego IV klasy z mieczami (Prusy) Komandor Orderu Hohenzollernów z mieczami (Prusy) Krzyż Żelazny I klasy (Prusy) Odznaka za Służbę Wojskową (Prusy) Komandor II klasy Orderu Lwa Zeryngeńskiego (Badenia) Krzyż Wielki I klasy Orderu Zasługi Wojskowej z mieczami (Bawaria) Bremeński Krzyż Hanzeatycki (Brema) Hamburski Krzyż Hanzeatycki (Hamburg) Krzyż Wielki Orderu Gryfa