Fairley bergabung dengan Australian Army Medical Corps dengan pangkat kapten pada 1 Ogos 1915 dan ditempatkan di Hospital Diraja Melbourne sebagai pegawai perubatan pemastautin. Dia menyiasat wabak meningitis yang berlaku di kem Tentera Darat tempatan, dan makalah pertamanya yang diterbitkan adalah analisis penyakit ini, yang mendokumentasikan lima puluh kes. Pada tahun 1916, dia menulis bersama sebuah monograf yang diterbitkan oleh kerajaan Persekutuan yang memperincikan 644 kes, yang mencatatkan 338 (52%) membawa maut, sebelum penemuan ubat-ubatan antibiotik .[4]

Fairley mendaftar dalam Pasukan Imperial Australia Pertama (AIF) pada 24 Ogos 1916. Pada 5 September 1916, dia memasuki Mesir dengan RMS Kashgar, bergabung dengan Hospital Umum ke-14 di Kaherah.[5] Di sana dia bertemu dengan Mejar Charles Martin, sebelumnya adalah Profesor Fisiologi di University of Melbourne dan Pengarah Institut Lister dari tahun 1903 hingga 1930. Pada masa ini, Martin bekerja sebagai Pakar Perubatan Perunding kepada AIF di Mesir dan mengetuai Makmal Lapangan Anzac.

Semasa di Mesir, Fairley menyiasat skistosomiasis (ketika itu dikenali sebagai bilharzia). Penyakit ini diketahui disebabkan oleh kontak dengan air tawar yang dihuni oleh spesies siput tertentu, dan perintah telah dikeluarkan yang melarang mandi di air tawar, tetapi pasukan tersebut lambat untuk bertindak mengatasi bahaya tersebut. Pada fasa toksiknya, penyakit ini mudah dikelirukan dengan demam kepialu, jadi Fairley membuat ujian tetap pelengkap untuk penyakit ini sesuai dengan ujian Wassermann. Dia mengkaji patologinya, mengesahkan bahawa cacing dalam sistem peredaran darah dapat disembuhkan dengan asid tartarik intravena. Fairley juga mengkaji, dan kemudian menerbitkan makalah mengenai tifus, malaria dan disentri basilus . Fairley berkahwin dengan staf jururawat Violet May Phillips di Garrison Church, Abbassia, Kaherah pada 12 Februari 1919. Mereka kemudian bercerai pada 21 November 1924.[6] Dia dinaikkan pangkat menjadi letnan kolonel pada 15 Mac 1919 dan mengetuai Hospital Umum ke-14 untuk sementara waktu sebelum berangkat ke United Kingdom pada bulan Jun 1919.[5] Untuk perkhidmatannya dalam Perang Dunia Pertama, Fairley disebut dalam penghantaran[7] dan dijadikan Pegawai Bahagian Ketenteraan Order of the British Empire.[8] Petikannya berbunyi:

Kerja cemerlang dalam Patologi - hasil kerja pesakit dan mahir selama lapan belas bulan di makmal Hospital Umum Australia ke-14. Karyanya mengenai Bilharzia sangat berharga bagi penduduk awam Mesir.[9]