W latach 1912–1914 był członkiem Drużyn Strzeleckich.

Po wybuchu I wojny światowej został powołany do c. i k. armii i wysłany na front rosyjski. Jego oddziałem macierzystym był Pułk Haubic Polowych Nr 11. W maju 1915 został przeniesiony na front włoski. Na stopień podporucznika rezerwy został awansowany ze starszeństwem z 1 stycznia 1916. Na porucznika awansował ze starszeństwem z 1 lutego 1918.

8 września 1915 zdezerterował na stronę włoską z zamiarem dostania się do Legionu Bajończyjów we Francji, jednak został wykorzystany przez Włochów do służby wywiadowczej i informacyjnej przeciwko Austro-Węgrom. W niewoli włoskiej występował pod nazwiskiem „Kluczyński”. W listopadzie 1917 przyjął propozycję Włochów, zorganizował i wyszkolił Pierwszy Oddział Ochotników Polaków we Włoszech. Od 12 kwietnia 1918 na czele tego oddziału walczył przeciw wojskom austriackim. Wyróżnił się 24 października 1918 w bitwie o Monte Grappa. 20 kwietnia 1922 major Wilhelm Hörl we wniosku na odznaczenie Stefana Kluczyńskiego Orderem Virtuti Militari napisał: „otrzymał rozkaz z Dowództwa IV Armii włoskiej «Monte Grappa» zajęcia wysuniętych okopów austriackich na Monte Pertica. Po ogniu artyleryjskim porwał swój Oddział Ochotników i brawurowym atakiem zajął cały okop, biorąc 3 kompanie obrońców do niewoli.