In dieser Stellung nahm Flatow während des Krieges gegen Frankreich 1870/71 an den Schlachten bei Spichern, Vionville, Gravelotte und der Belagerung von Metz teil. Nach der Verwundung des Kommandeurs der 11. Infanterie-Brigade, Louis von Rothmaler, übernahm Flatow die Führung dieser Brigade während der Schlacht bei Le Mans. Für sein energisches und umsichtiges Verhalten wurde er am 28. Februar 1871 mit dem Orden Pour le Mérite ausgezeichnet, nachdem Flatow im Kriegsverlauf bereits beide Klassen des Eisernen Kreuzes erhalten hatte. Am 3. Juli 1872 gab er das Regiment ab, wurde zu den Offizieren von der Armee überführt und nach Württemberg kommandiert. In Ulm erhielt Flatow das Kommando über die 53. Infanterie-Brigade und wurde am 22. März 1873 zum Generalmajor befördert. Unter Entbindung von diesem Kommando kehrte er am 15. Dezember 1877 mit seiner Ernennung zum Direktor der Kriegsakademie nach Preußen zurück. Der württembergische König Karl I. verlieh Flatow in nachmaliger Anerkennung das Großkreuz des Friedrichs-Ordens.