I wojna światowa Po powrocie z Arktyki Nagórski wrócił do czynnej służby w lotnictwie morskim i brał udział w I wojnie światowej. Od listopada 1914 r. służył w eskadrze lotnictwa morskiego Floty Bałtyckiej w Rewlu (ob. Tallinn). Latał na różnych typach samolotów patrolując Morze Bałtyckie. Pod koniec 1915 r. został dowódcą eskadry wodnosamolotów stacjonujących na transportowcu wodnosamolotów „Orlica”, a w 1916 dowódcą eskadry stacjonującej na półwyspie Zerel na wyspie Sarema. 17 września 1916 r. podczas lotu wodnosamolotem wykonał – jako pierwszy na świecie na samolocie tego rodzaju – figurę akrobacji lotniczej zwaną pętlą. 18 września 1916 r., na samolocie Grigorowicz M-9, powtórzył swój wyczyn jeszcze dwukrotnie. Fakt ten został oficjalnie zarejestrowany w Aeroklubie Rosji. Podczas I wojny światowej Nagórski był pięciokrotnie odznaczany rosyjskimi orderami wojskowymi. W listopadzie 1916, podczas kolejnego lotu nad Bałtykiem, jego samolot został zestrzelony przez Niemców, a on sam uznany za zaginionego. Po kilku godzinach spędzonych w morzu Nagórski został jednak wyłowiony przez rosyjski okręt podwodny.