Od 1914 służył ochotniczo w pułku ułanów lejbgwardii. W czasie służby dwukrotnie został odznaczony Krzyżem świętego Jerzego. Wraz z rozpoczęciem I wojny światowej Gumilow opublikował swoje Notatki kawalerzysty (Записки кавалериста). Podczas wojny opublikował dwa zbiory poezji, w 1916 Kołczan (Колчан) i w 1918 Ognisko (Костер).
Na początku rewolucji Gumilow pozostał w swojej jednostce w Paryżu i Londynie. Wrócił jednak do Petersburga, gdzie od razu zaangażował się w życie literackie. W 1918 rozwiódł się z Achmatową i poślubił Аnnę Engelhardt (1895–1942), z którą miał córkę Helenę (obie zmarły z głodu w oblężonym Leningradzie w czasie II wojny światowej). Został członkiem redakcji wydawnictwa literatury światowej (Всемирная литература). Dla jego potrzeb przetłumaczył Epos o Gilgameszu, dzieła Heinego i Coleridge’a na język rosyjski. Ponadto wykładał poezję i teorię przekładu na kursach dla młodych poetów. W 1921 został wybrany przewodniczącym oddziału Związku Poetów w Petersburgu. Opublikował też książkę Słup ognisty (Огненный столп).
Wkrótce po jej wydaniu został aresztowany przez Czeka i rozstrzelany w czasie nasilającego się czerwonego terroru pod wątpliwym zarzutem udziału w spisku kontrrewolucyjnym. Jego twórczość przez długie lata była w ZSRR zakazana.