В 1909 году — в составе Комиссии по организации празднования 200-летия Полтавской битвы.
С 29 июня 1912 года в Полтаве в должности начальника 9-й пехотной дивизии Х армейского корпуса.
С 29 июня 1912 года генерал-лейтенант.
С 13 октября 1914 года командир XVI армейского корпуса 4-й армии Юго-Западного фронта.
4 ноября 1914 года за храбрость и отвагу награжден орденом Святого Георгия 4-й степени.
С 17 сентября 1915 года генерал от инфантерии.
С 13 декабря 1915 года начальник штаба армий Юго-Западного фронта.
Интересно, что Брусилов после своего назначения 17 марта 1916 года главнокомандующим Юго-Западным фронтом хотел видеть Клембовского во главе 8-й армии. Не получилось, армией назначили командовать генерала от кавалерии Алексея Максимовича Каледина.
Клембовский остался начальником штаба фронта, сыграв выдающуюся роль при планировании и проведении в жизнь знаменитого Брусиловского прорыва.
Интересен взгляд противника на некоторые разведывательные аспекты этой стратегической наступательной операции, завершившейся полным разгромом четырех австро-венгерских армий. В книге «Война и индустрия шпионажа» бывший руководитель спецслужб Австро-Венгрии Максимилиан Ронге вспоминает:
«С начала апреля 1916 года стали поступать повторные сообщения о намечавшемся русском наступлении в Буковине и Галиции. В середине месяца появилось очень много перебежчиков, подтверждающих сведения о предстоящем наступлении. 13 мая агентурная разведка с полной определенностью уведомила командование… что на фронте… следовало ожидать наступления… русских. 20 мая поступило предостережение о том же от военного атташе в Бухаресте. Генерал Авереску в кругу своих друзей заявил, что, по сообщению румынского военного атташе в Петербурге, русские в ближайшее время начнут большое наступление, которое должно показать, что германцы напрасно считают их неспособными к наступлению. Наша агентурная разведка дала группировку сил противника на русском фронте, которая в части, интересовавшей прежде всего австро-венгерские войска, вполне соответствовала действительности.
Таким образом, и в этом отношении разведывательная служба полностью выполнила свой долг. На этот раз следовало похвалить и русскую разведывательную службу. 9-я русская армия, использовав… перебежчиков… отлично выяснила нашу систему укреплений. 7-я армия также была превосходна информирована…
Наше командование довольно уверенно ожидало наступления. Однако наши войска были ошеломлены новым фактором, не бывшим в достаточной мере учтенным нашей разведывательной службой. Русская артиллерия, сама по себе стоявшая на высоком уровне, получила от западных союзников большое количество тяжелых орудий новейшей конструкции и инструкторский персонал, хорошо знакомый со всеми тонкостями массового применения артиллерии. Ни наши войска, ни укрепления не были приготовлены к этой неожиданности».
Луцкий прорыв назван по имени командующего фронтом — Брусилова, и этот факт отражает выдающуюся оценку генерала, стоявшего во главе героических войск. Это бывает в военной истории не так часто, но и переоценивать роль Брусилова и, соответственно, оставлять в тени заслуги штаба фронта во главе с Клембовским, заслуги командующих армиями было бы не совсем правильно.
Клембовский — кадет, генштабист, военный интеллектуал, ученый, который гармонично и последовательно прошел все полагающиеся этапы армейской карьеры, чередуя командную, преподавательскую, научную и штабную службу.
Сын генерала Алексей Алексеевич Брусилов после окончания Пажеского корпуса больше нигде и никогда не учился, если не считать «курса наук для эскадронных и сотенных командиров». На протяжении всей службы связан с кавалерией, последняя должность в строю — командир эскадрона. С 1883 по 1906 год, то есть в течение 23 лет, пребывал в столичной офицерской кавалерийской школе, пройдя от адъютанта до начальника школы. В более чем зрелом 53-летнем возрасте и только благодаря протекции великого князя Николая Николаевича — заядлого конника и тонкого ценителя верховой езды Брусилов назначен начальником кавалерийской дивизии. Затем командовал армейским корпусом, несмотря на то что до назначения на такое крупное соединение, как корпус, ни дня в пехоте не служил. В первый день мировой войны назначен командующим 8-й армией, во главе которой оставался вплоть до назначения главкомом Юго-Западного фронта в марте 1916 года.
Подобно Клембовскому, А.А. Брусилов тоже издал ряд своих трудов. Только тематика была несколько иной — в 1897 году статья в Военном сборнике «Об одиночной подготовке всадника и коня в кавалерии», в 1906 году — две статьи в «Вестнике русской конницы»: «Роль кавалерии в будущих войнах» и «Кавалерийский спорт».
Ни в коей мере не подвергая сомнению непоколебимую волю, решительность и мужество Брусилова, особенно на фоне перманентного катастрофического результативного бессилия значительной части царского генералитета во второй отечественной войне, все же необходимо подчеркнуть не менее выдающуюся роль в Луцком прорыве штаба фронта и лично его начальника. Для Брусилова и Клембовского Луцкий прорыв стал неповторенной вершиной полководческой карьеры. Блестяще проявили себя и командующие армиями фронта: А.М. Каледин, В.В. Сахаров, Д.Г. Щербачев, П.А. Лечицкий.
Оценка своих генералов императором не запоздала и была полностью адекватна вкладу главнокомандующего фронтом и начальника штаба в выдающуюся победу. 20 июля 1916 года за разработку планов прорыва и поражение австро-венгерских армий на Волыни, в Буковине и Галиции А.А. Брусилов и В.Н. Клембовский награждены Георгиевским оружием.
Позднее Брусилов в своих мемуарах отметит: «Клембовский, невзирая на некоторые свои недостатки, был именно дельный, умный генерал, вполне способный к самостоятельной высокой командной должности».
За высокой командной должностью дело не стало: в октября 1916 года В.Н. Клембовский назначен командующим 11-й армией Юго-Западного фронта.
С 20 декабря 1916 года он вновь на привычной штабной работе в качестве помощника начальника штаба Верховного главнокомандующего, где пользовался исключительным доверием и поддержкой начштаба Ставки М.В. Алексеева.
В феврале-марте 1917 года вместе с другими высшими офицерскими чинами Ставки В.Н. Клембовский стал непосредственным, хотя и не таким активным, как генералы М.В. Алексеев и Н.В. Рузский, СОУЧАСТНИКОМ военного заговора по отречению царя от власти. Много лет спустя А.Ф. Керенский утверждал: «Русскую революцию сделали не революционные партии, а… генералы».
После свержения монархии с 11 марта по 5 апреля 1917 года В.Н. Клембовский исполнял обязанности начальника штаба Верховного главнокомандующего, однако утвержден в должности не был.
В апреле 1917 года, по вполне понятным для знающего себе цену самодостаточного и амбициозного генерала причинам, Клембовский отказался от поста командующего армией, посчитав для себя статус командарма заметным понижением и повторением пройденного этапа военной карьеры, хотя его стаж командования армией составлял лишь три месяца.
