ב-10 בנובמבר 1941 מונה פון האנשטיין לקצין האג"ם של הארמייה ה-12, וב-28 בנובמבר 1941 הוא מונה לראש מטה הקורפוס ה-1 שלחם בגזרה הצפונית של החזית המזרחית. ב-17 במאי 1942 הוא מונה למפקד רגימנט הארטילריה הממונע ה-3, שהיה חלק מהדיוויזיה הממונעת ה-3, ובמהלך מתקפת הקיץ הגרמנית בשנת 1942, ולחם עמו בקרב סטלינגרד. ב-17 בינואר 1943 מונה פון האנשטיין למפקד הדיוויזיה הממונעת ה-3, במקום הלמוט שלמר שמונה למפקד קורפוס הפאנצר ה-14, וב-2 בפברואר נכנע פון האנשטיין יחד עם שרידי הדיוויזיה וכוחות שהיו בכיס הצפוני בסטלינגרד ונלקח לשבי.