Bratteli var partisekreterare för Arbeiderpartiet under tyska ockupationen. År 1942 blev han arresterad av tyskarna och satt 1943-1945 i fånglägret Grini (som inte var ett koncentrationsläger i egentlig mening, men hade stora likheter med dessa), och i koncentrationslägren Sachsenhausen och Natzweiler. Han evakuerades av de vita bussarna i mars 1945, och vägde då 47 kilo. År 1945 återvände han till Norge och var ledare för AUF 1945-46. 1950-1981 satt han i Stortinget. Han var finansminister från november 1951 till januari 1955 samt från december 1956 till april 1960. Därefter var han "samferdselsminister" till januari 1964. 1965 blev Bratteli partiledare för Arbeiderpartiet, en post han hade fram till 1975. Efter att Arbeiderpartiet med statsminister Einar Gerhardsen förlorat valet 1965 blev Bratteli också partiets statsministerkandidat. Valet 1969 blev en framgång för Arbeiderpartiet, men med minsta möjliga marginal kunde den borgerliga regeringen sitta kvar. Den kom dock att slitas sönder av interna motsättningar och när den avgick 1971 blev Bratteli statsminister.