A 2012-es szezonra leigazolta őt a Mercedes GP és a magny-cours-i ifjoncteszten autóba is ülhetett. 2017. október 13-án a Toro Rosso bejelentette, hogy Austinban Hartley-t versenyezteti Pierre Gasly helyett. November 16-án hivatalossá vált, hogy 2018-ban is ő vezeti a Toro Rosso egyik autóját.