Während des Bürgerkrieges diente er zu unterschiedlichen Zeiten bei zwei Regimentern aus Pennsylvania. Dabei nahm er an einigen Schlachten teil, darunter auch an der Belagerung von Vicksburg in Mississippi. Im Verlauf des Krieges stieg er bis zum Generalmajor auf. Sein letztes militärisches Kommando hatte er im Sommer 1865 als Kommandeur des „Old Capitol Prison“ Gefängnisses. Er wurde als besonderer militärischer Beobachter des Prozesses gegen die Attentäter von Abraham Lincoln abgestellt. Dabei wird sein höflicher Umgang mit Mary Surratt erwähnt, die als erste Frau in den Vereinigten Staaten, wegen ihrer Beteiligung am Lincoln-Attentat, gehängt wurde. Am 7. Juli 1865 führte Hartranft die vier zum Tode verurteilten Angeklagten zur Hinrichtung in Fort Lesley J. McNair.