Il participe à la bataille des Frontières, il est alors fait prisonnier à Maubeuge le . Il s'évade le et rejoint le 9e zouaves avec lequel il fera toute la guerre. Il participe à la bataille de la Marne, et en sort grièvement blessé le de la même année. Il est fait Chevalier de la Légion d'honneur le à 20 ans. Après plusieurs mois à l'hôpital, il retourne au front et participe aux première et seconde bataille de Champagne et de Verdun. Il est promu capitaine le , et participe à la bataille de la Somme, durant laquelle il est fait prisonnier le , à Saint-Pierre-Waast. Il tente de s'évader trois fois, mais est repris avant de rejoindre la ligne de front. Il finit par s'évader lors de sa quatrième tentative, le .
Promu lieutenant-colonel en , Duval est muté à Metz sur la ligne Maginot avec la 3e Armée. Lors de la débâcle de 1940, il est fait prisonnier le avec l'état-major du général, et s'évade peu après pour rejoindre les lignes françaises. Avant sa capture, depuis la ligne Maginot, il renseigne la Revue des Deux Mondes sur le déroulement des combats d’octobre 1939 à juin 1940, dans une série d’articles intitulée « La situation militaire » qui constitue un « témoignage historique inestimable »[1].
Après différents commandements en Afrique du Nord, il est muté en au corps expéditionnaire français en Italie comme commandant de l'infanterie divisionnaire de la 3e division d'infanterie algérienne (3e DIA), et le , il est promu général de brigade. Il participe à la libération de Sienne en à la tête de ses régiments. Il est cité à l'ordre de l'armée pour sa conduite : « Nommé au commandement de l'infanterie divisionnaire au cours de la bataille pour Rome, s'est affirmé dans les premiers combats, un chef de guerre d'un allant et d'une ardeur exceptionnelle, doué d'un dynamisme communicatif, s'est constamment porté sur tous les fronts du champ de bataille souvent les plus exposés, où il pouvait mieux voir le combat ou agir sur les unités. Au cours de la poursuite de Vetralla à Sienne, a reçu deux fois le commandement d'un groupement temporaire à la tête desquels il a montré sa grande expérience autant que son courage. En particulier du 25 juin au 3 juillet, chargé d'un groupement de deux régiments d'infanterie renforcés d'artillerie, et d'un détachement de combat, parvenant à pénétrer dans la position ennemie âprement défendue du Fiume d'Orcia, à traverser le massif de Montalcino et à venir à bout de la résistance ennemie au sud de Sienne, grâce à un coup d'œil toujours en éveil, a profité de la première occasion pour se jeter avec les premiers éléments dans Sienne. A été ainsi un des meilleurs artisans de la victoire. »[2].
Débarquant en Provence en avec la 1re Armée, il remonte le long du Rhône avec ses troupes. Il s'illustre lors de la bataille des Vosges en , ce qui lui vaut une nouvelle citation à l'ordre de l'armée : « Officier général d'une bravoure exceptionnelle, animé d'un ardent esprit offensif, commandant provisoirement une division, a bousculé l'ennemi dans le Jura puis, par une habile manœuvre, à Baume-les-Dames, à sérieusement inquiété les forces adverses, se retirant de la région de Besançon vers Belfort. Du 3 octobre au 8 novembre 1944, s'est à nouveau distingué dans le commandement d'un important groupement tactique de toutes armes. N'a cessé de faire sentir son impulsion au cours de succès remportés dans le Jura et le Doubs, puis dans la vallée de la Mosellotte, et le Haut-du-Faing. »[3]. Il est ensuite muté comme commandant de la division de Constantine le en Algérie.
Peu après surviennent les évènements de Sétif, le , le jour de l'armistice en Europe. Sur instruction du général de Gaulle, du gouverneur général d'Algérie Yves Chataigneau, du sous-préfet André Achiary et sous la responsabilité du général Duval, l'armée réprime brutalement l'insurrection de Sétif en mai 1945, avec plusieurs milliers de morts.
Le , Raymond Duval écrit dans un rapport ultraconfidentiel adressé à son supérieur, le général Henry Martin : « Je vous ai donné dix ans de paix mais tout doit changer en Algérie... L'épreuve de force des agitateurs s'est terminée par un échec complet dû essentiellement au fait que le mouvement n'a pas été simultané. L'intervention immédiate a brisé toutes les tentatives mais le calme n'est revenu qu'en surface. Depuis le , un fossé s'est creusé entre les deux communautés. Un fait est certain : il n'est pas possible que le maintien de la souveraineté française soit exclusivement basé sur la force. Un climat d'entente doit etre établi »[4],[5].
Après-guerre
Il est promu commandeur de la Légion d'honneur le 1er octobre 1945.
De 1945 à 1949, il est nommé commandant supérieur des troupes de Tunisie par le général de Gaulle, et est promu général de division le .
Il est élevé à la dignité de grand-officier de la Légion d'honneur le 3 août 1949.
De 1949 à 1955, il est commandant supérieur des troupes du Maroc, et est nommé général de corps d'armée le , puis obtient sa 5e étoile de général d'armée le .
Il est élevé à la dignité de grand-croix de la Légion d'honneur le .
Mort dans un accident d'avion
Alors qu'il procède à des opérations de maintien de l'ordre le après les émeutes d'Oued Zem et Khénifra, son avion, qu'il pilote lui-même, s'écrase près de Kasba-Tadla (sur les contreforts de l'Atlas marocain)[6]. Il est déclaré mort pour la France, par décision ministérielle du .
Le général Raymond Duval: 1894-1955 par un témoin de sa vie, Berger-Levrault, 1957, préface du maréchal Alphonse Juin. Compte-rendu en ligne.
Michel Wattel et Béatrice Wattel (préf. André Damien), Les Grand’Croix de la Légion d’honneur : De 1805 à nos jours, titulaires français et étrangers, Paris, Archives et Culture, , 701 p. (ISBN978-2-35077-135-9).
Annie Rey-Goldzeiguer, Aux origines de la guerre d'Algérie 1940-45, éditions La Découverte, 2002, p. 330-334.