W sierpniu 1944 obejmuje dowództwo szkolnej dywizji piechoty, z której później sformowano 340 Dywizję Grenadierów Ludowych. Tolsdorff dowodził tą dywizją na froncie zachodnim m.in. podczas ofensywy w Ardenach. 30 stycznia został mianowany generałem majorem, a za zasługi w trakcie walk odwrotowych nad Renem 18 marca został awansowany na generała porucznika (w owym czasie był najmłodszym oficerem w tym stopniu) oraz udekorowany Brylantami do Krzyża Rycerskiego. W kwietniu 1945 roku objął dowództwo LXXXII Korpusu Armijnego, który walczył w Bawarii. 9 maja 1945 dostał się do niewoli amerykańskiej, z której został zwolniony dwa lata później. W czasie II wojny światowej był w sumie czternastokrotnie ranny.