Uczestniczył w cywilnej obronie Warszawy we wrześniu 1939 r. Od maja 1940 r. pracował w administracji Przychodni Społecznej nr 1 Polskiego Czerwonego Krzyża w Warszawie. We wrześniu 1940 r., zatrzymany w łapance na Żoliborzu, trafił do obozu koncentracyjnego Auschwitz-Birkenau (numer obozowy 4427), skąd został zwolniony 8 kwietnia 1941 dzięki staraniom PCK. Po opuszczeniu obozu nawiązał kontakt ze Związkiem Walki Zbrojnej; przekazał sprawozdanie ze swojego pobytu w obozie Komendzie Głównej AK. Działał we Froncie Odrodzenia Polski – konspiracyjnej katolickiej organizacji społeczno-wychowawczej i charytatywnej, kierowanej przez Zofię Kossak-Szczucką, był też żołnierzem Armii Krajowej (działał m.in. w Radzie Pomocy Żydom “Żegota”). Od listopada 1942 r. pracownik Delegatury Rządu na Kraj – początkowo w komórce zajmującej się organizowaniem pomocy dla więźniów, m.in. osadzonych na Pawiaku, a następnie w Referacie Żydowskim; współorganizował pomoc dla uczestników powstania w getcie warszawskim. W czasie okupacji pracował też jako sekretarz redakcji katolickiego miesięcznika “Prawda” i redaktor naczelny katolickiego miesięcznika “Prawda Młodych”. Walczył w powstaniu warszawskim; został awansowany przez dowódcę AK gen. Tadeusza Komorowskiego “Bora” na stopień podporucznika, a następnie odznaczony.
Po wojnie współpracował m.in. z Instytutem Pamięci Narodowej przy Prezydium Rady Ministrów oraz z Główną Komisją Badania Zbrodni Niemieckich w Polsce. W lutym 1946 r. zaangażował się w działalność PSL, opozycyjnego wobec władz komunistycznym (pracował w redakcji PSL-owskiej “Gazety Ludowej”. Dwukrotnie aresztowany pod zarzutem szpiegostwa i skazany w maju 1952 r. na 8 lat więzienia, w marcu 1955 r. został uznany za niesłusznie skazanego.
W latach 50. pracował m.in. w tygodniku “Stolica” i “Tygodniku Powszechnym”. Od 1969 r. do 1973 r. był prezesem Towarzystwa Przyjaciół Książki, a w grudniu 1969 r. wszedł do Zarządu Polskiego PEN Clubu.
W latach 70. i 80. prowadził wykłady historii najnowszej (ze szczególnym uwzględnieniem wojny i okupacji) w Katedrze Historii Nowożytnej Polski na Wydziale Nauk Humanistycznych Katolickiego Uniwersytetu Lubelskiego. Gościł też z wykładami na temat historii Polski na uniwersytetach niemieckich – Ludwig-Maximilian Universität w Monachium, Katolickim Uniwersytecie Eichstätt i Uniwersytecie w Augsburgu. Rząd Bawarii przyznał mu tytuł naukowy profesora.
Uczestniczył w wielu międzynarodowych konferencjach i sympozjach poświęconych problematyce II wojny światowej, zagłady Żydów, stosunków polsko-niemieckich i polsko-żydowskich oraz roli intelektualistów w polityce. Wygłosił szereg odczytów i referatów na różnorodnych forach międzynarodowych.W latach 70. za aktywną działalnością opozycyjną i liczne kontakty w krajach zachodnich (z przedstawicielami polskiej emigracji, m.in. z Janem Nowakiem-Jeziorańskim, Adamem i Lidią Ciołkoszami, Janem Karskim, Czesławem Miłoszem czy Gustawem Herlingiem-Grudzińskim oraz współpracę z Radiem Wolna Europa) został objęty zakazem druku w Polsce (do jesieni 1974 r.) oraz poddany innym represjom (rewizje, odmowy wydania paszportu, rozpowszechnianie fałszywek). Angażował się w różne akcje, m.in. w latach 70. w sprawę ułaskawienia skazanych członków organizacji “Ruch” (m.in. Stefana Niesiołowskiego, Andrzeja i Benedykta Czumów), jako jeden z pierwszych podpisał list intelektualistów protestujących przeciwko zmianom w Konstytucji PRL.
21 sierpnia 1980 r. podpisał list intelektualistów do strajkujących robotników; wstąpił też do NSZZ “Solidarność”. Internowany w stanie wojennym, zwolniony 28 kwietnia 1982 r., dzięki wsparciu krajowych i zagranicznych środowisk intelektualistów. Członek rzeczywisty Instytutu Józefa Piłsudskiego w Ameryce (od 1984 r.) i jeden z wiceprezesów Instytutu dla Studiów Polsko-Żydowskich w Oksfordzie (od 1986 r.). Jest badaczem dziejów AK, prasy konspiracyjnej, eksterminacji Polaków i Żydów.
W latach 1990-1995 był ambasadorem Polski w Austrii, następnie szefem MS. Ponownie był ministrem spraw zagranicznych w latach 2000-2001. Pełnił funkcję przewodniczącego Rady Polskiego Instytutu Spraw Międzynarodowych, z której zrezygnował 29 sierpnia 2006 r. w proteście przeciwko braku reakcji minister spraw zagranicznych Anny Fotygi na oskarżenia szefów dyplomacji III RP o współpracę z sowieckim wywiadem, jakie padło z ust wiceszefa MON Antoniego Macierewicza na antenie telewizji Trwam.
21 listopada 2007 roku premier Donald Tusk powołał Bartoszewskiego na sekretarza stanu w Kancelarii Premiera. Bartoszewski będzie się zajmował kwestiami związanymi z polityką zagraniczną.
