Tronstad var vernepliktig sekondløytnant. Da tyskerne invaderte Norge i 1940 improviserte han sammen med frivillige fra lokale skytterlag en forsvarslinje på Hjerkinn, som dekket de norske styrkenes retrett fra Østerdalen. Han ble involvert i arbeidet med å organisere motstandsgrupper i Trøndelag og med å organisere fluktruter til Storbritannia over Mørekysten. Fra 1941 rapporterte han via spionsenderen Skylark B til den britiske etterretningstjenesten Secret Intelligence Service (SIS) om Vemork-anlegget og den tyske aktiviteten omkring tungtvannsproduksjonen. Da Skylark B ble rullet opp i september 1941, ble Tronstad varslet i siste liten og rakk å redde seg over til Sverige. Derfra kom han til Storbritannia.