Po raz pierwszy użyty przez Niemców 9 grudnia 1915 pod Ypres, w ataku falowym przeciw wojskom brytyjskim, w mieszance z chlorem. Z ponad 1000 porażonych żołnierzy zmarło 116. Opóźnione działanie fosgenu znacząco zwiększyło strach żołnierzy przed bronią chemiczną (a także straty wśród oddziałów chemicznych posługujących się tym gazem). Wojska Ententy użyły nowego gazu w czerwcu 1916 podczas bitwy nad Sommą. W trakcie wojny wzrastało znaczenie artylerii jako środka przenoszenia – pierwszy masowy atak artyleryjski z użyciem fosgenu miał miejsce pod Verdun w czerwcu 1916. Fosgen w pociskach artyleryjskich był używany często w mieszaninach np. z difosgenem i difenylochorozyną. Niemieckie pociski z fosgenem i innymi środkami duszącymi były oznaczane zielonym krzyżem. Od bitwy pod Arras w 1917 Brytyjczycy rozpoczęli wykorzystanie moździerzy Livensa do miotania pocisków z fosgenem.
W czasie I wojny światowej był jednym z najczęściej używanych gazów bojowych: Niemcy zużyły ponad 18 tys. ton, Francja – 5700 ton, Wielka Brytania i Stany Zjednoczone po 1400 ton. Ocenia się, że 80% ofiar śmiertelnych broni chemicznej w czasie I wojny padło ofiarą fosgenu.