בתחילת מלחמת העולם השנייה השתתף פון לורינגהובן במערכות בפולין ובצרפת, כקצין מטה בדיוויזיית הפאנצר ה-1, ובמבצע ברברוסה שימש כקצין מטה בארמיית הפאנצר השנייה בפיקודו של היינץ גודריאן. בשנת 1942 מונה פון לורינגהובן למפקד פלוגה ברגימנט הפאנצר ה-2 בדיוויזיית הפאנצר ה-16, ולאחר קרבות קשים הגיע עם יחידתו לוולגה. פון לורינגהובן השתתף בקרבות הקשים בסטלינגרד, ובדצמבר 1942 עזב את סטלינגרד על פי הוראה מפורשת של היטלר. ברגשות מעורבים על שעזב את חבריו, הצליח לעלות על מטוס היינקל מלא פצועים בשדה התעופה גומראק, זמן קצר לפני שנכבש על ידי הרוסים. הוא הגיע למפקדתו של אריך פון מנשטיין, ושם נאמר לו שעליו להסתפח למטה המיוחד שהקים הפילדמרשל ארהרד מילך כדי לשפר את הרכבת האווירית. כשראה אותו מילך הזדעזע ממראהו; הוא היה כחוש, לחייו שקועות, שיער וזקן פרועים, סרבלי הפאנצר השחורים שלו היו מלוכלכים וקרועים, מגפי השדה שלו היו עטופים סמרטוטים להגנה מפני הכפור, והוא שרץ כינים. לאחר תקופת התאוששות קצרה הועלה לדרגת מיור, וביולי 1944 מונה לשלישו של היינץ גודריאן.