W czasie I wojny światowej koncentrował się na zagadnieniach przemysłu azotowego, starając się rozwiązać problem zapotrzebowania na kwas azotowy, wykorzystywany do produkcji materiałów wybuchowych i nawozów azotowych. Współpracował z Fritzem Haberem w czasie wdrażania technologii syntezy amoniaku, opracowanej przez Habera w skali laboratoryjnej. W roku 1908 uruchomiono w Niemczech pierwszą instalację półtechniczną. Produkcję metodą Habera-Boscha w pełnej skali przemysłowej rozpoczęto w roku 1913 w nowym zakładzie Leuna-Werke, wybudowanym przez BASF. Od roku 1916 Bosch był członkiem zarządu tej spółki, a od roku 1919 – jej prezesem.
W tymże roku uczestniczył w przygotowywaniach traktatu wersalskiego, kończącego I wojnę światową. Pełnił funkcję eksperta w czasie wstępnych rozmów dotyczących przemysłu, m.in. z przedstawicielami francuskiego przemysłu chemicznego na temat ekonomicznych konsekwencji traktatu dla zakładów w Niemczech.