Mit Beginn des Zweiten Weltkriegs wurde Hartlaub zur Wehrmacht eingezogen. Von September 1939 bis November 1940 gehörte er einer Sperrballon-Einheit an. Gute Beziehungen zum Doktorvater Walter Elze verschafften ihm im Dezember 1940 eine Abkommandierung zu der Historischen Archivkommission, die in Paris erbeutete französische Akten sichtete. Von September bis November 1941 diente er erneut als Soldat, diesmal in Rumänien. Anschließend war er bis Mai 1942 als historischer Sachbearbeiter beim Oberkommando der Wehrmacht in Berlin. Von Mai 1942 bis März 1945 gehörte er dem Bearbeiterstab des Kriegstagebuchs beim Oberkommando der Wehrmacht an. Hartlaub hatte während dieser Zeit Zutritt zum äußeren Sperrkreis in den Führerhauptquartieren in Winniza, Rastenburg und Berchtesgaden und erlangte Kenntnis über Interna der Kriegsführung. Im April 1945 wurde er im Rang eines Obergefreiten zu einer Infanterie-Einheit an die Front bei Berlin abkommandiert. Anfang Mai 1945 begab er sich auf den Weg nach Spandau. Seitdem gilt er als vermisst. Seine offizielle Todeserklärung erfolgte 1955, als Todesdatum wurde der 31. Dezember 1945 festgesetzt.