I OL 1948 i London kom Barthel på 9.-plass i finalen på 1500 meter. Deretter vant han student-VM i 1949 (1500 m) og 1951 (800 og 1500 m). Det absolutte høydepunktet i Barthels karriere kom i OL i 1952, da han overrasket publikum og seg selv ved å vinne 1500-meteren etter en meget sterk spurt. Han deltok også i OL 1956 i Melbourne, og la deretter opp som idrettsutøver.