Scoppiata la prima guerra mondiale, Cheyne ricoprì nuovamente la carica di chirurgo di consulenza per la Royal Navy. Nel 1914 ebbe la nomina di chirurgo generale temporaneo. Gli anni del conflitto lo videro protagonista sia negli Stati Uniti come capo chirurgo dell'Ospedale Navale di New York, dove fu chiamato a curare i feriti dell'attacco di Zeebrugge, sia come Presidente del Royal College of Surgeons di Inghilterra. Nel 1916 divenne Cavaliere Commendatore dell'Ordine di San Michele e San Giorgio per volere di Giorgio V; l'anno seguente, nel 1917, venne eletto membro unionista del Parlamento per le Università di Edimburgo e St. Andrews e due anni dopo, nel 1919, fu nominato Lord Luogotenente di Orkney.