В Первую мировую служил под командованием Жозефа Жоффра, командовал бригадой и дивизией, участвовал в первой битве на Марне. В 1925—1928 годах командовал французскими войсками в Сирии. Во время советско-польской войны был военным советником. В 1931—1935, а также в 1938—1939 годах начальник Генштаба. С 1933 года проводил модернизацию и реорганизацию французских вооруженных сил, а также руководил завершением строительства линии Мажино.
В начале вторжения Германии во Францию, Голландию и Бельгию 10 мая Гамелен занял выжидательную позицию, в результате такого неудачного командования был отстранён от должности, его сменил генерал Вейган (19 мая 1940). Во время режима Виши в сентябре 1940 года был арестован и осужден за предательство на Риомском процессе, инициированном правительством маршала Петена, наряду с другими политическими и военными деятелями Третьей Республики, и позднее депортирован в Германию, где находился в концлагере.
В 1946—1947 годы опубликовал мемуары о войне.
