1939年第二次世界大战爆发，特莱斯科夫作为第228步兵师的参谋参与了进攻波兰的行动。在波兰，他为党卫军对波兰平民和犹太人的暴行感到震惊，而更让他震惊的是所有德军将领里几乎无人对此提出过异议。

波兰战役结束后，特莱斯科夫被调往A集团军群，先后担任了龙德施泰特和曼施坦因的参谋。在这期间他协助曼施坦因制定了一个与总参谋部的黄色方案全然不同的对法作战计划，即后来为人熟知的镰刀收割计划（Sichelschnitt）。随后特莱斯科夫又通过私人关系让希特勒知道了这个计划，而镰刀收割计划最终得到希特勒的采纳。1940年，德军利用快速的装甲机械化部队突破阿登山地，一举打败了法国，征服了整个西欧。曼施坦因后来在自己的回忆录中称赞特莱斯科夫“机智聪明，富于教养，坦诚直率，善于交际，有特殊的魅力”。

在取得法国的胜利后，特莱斯科夫却并不感到乐观，他私下里对妻子表示，如果英国设法把美国拉进这场战争，那么德国将重蹈一战的覆辙。

1941年，苏德战争爆发，特莱斯科夫被调往中央集团军群，任该集团军群司令冯·博克的参谋长，后者与特莱斯科夫有亲属关系。特莱斯科夫从此开始在东线战场招募密谋人员，并且组成了一个有效的关系网。

反希特勒的行动

自从德国陷入了苏德战争的泥潭之后，德国内部反希特勒的密谋集团就开始着手推翻希特勒来确保德国退出战争，特莱斯科夫是最早提出要杀掉希特勒的密谋成员之一，他主张在希特勒视察东部战场时将其刺杀。特莱斯科夫为此制定了一个闪光计划，计划将希特勒射杀后迅速控制政权，进而退出战争，为此特莱斯科夫策划了一系列针对希特勒的刺杀行动。

1941年8月4日，希特勒乘专机前往中央集团军群司令部所在地鲍里索夫，特莱斯科夫带领自己的四名亲信化装为集团军的接待人员前往机场，准备骗希特勒上车后将其挟持，随后将其押送到中央集团军群司令部，让自己的舅舅冯·博克主持大局担任军政领导。但当希特勒的专机降落在机场后，特莱斯科夫发现党卫军在机场周围重重保护，希特勒本人也没有坐集团军的车队，而是事先调来了党卫军的车队，特莱斯科夫根本无从下手。

特莱斯科夫长期都劝说自己的舅舅冯·博克能参与起事，虽然后者没有告发密谋集团，但坚决不肯公开反对希特勒。1941年12月，冯·博克成为了莫斯科战役失利的替罪羊，被希特勒解除了中央集团军群司令的职务，京特·冯·克鲁格接替了这个职位。此后特莱斯科夫长期劝说克鲁格起事，但后者始终犹豫不决。

1943年3月13日，希特勒准备视察中央集团军群司令部所在地斯摩棱斯克，特莱斯科夫与手下制定了多个方案。第一个方案是让自己的手下冯·博伊施拉格带领亲信的骑兵队在路上袭击希特勒的车队；第二个方案是特莱斯科夫和自己的副官施拉勃伦道夫在司令部招待希特勒的宴会上将其射杀，但这些计划因为种种原因被放弃。最终特莱斯科夫决定用炸弹炸死希特勒，国内的密谋分子给他送来了一种英制定时炸弹，这种炸弹可以在安装后10-15分钟后爆炸，而且爆炸前不会发生任何声响。

3月13日，希特勒在参加完晚宴后乘飞机离开斯摩棱斯克，在飞机快起飞前，特莱斯科夫和施拉勃伦道夫组装了炸弹并将其伪装成礼物的样子交给了希特勒的随从海因茨·勃兰特中校（Heinz Brandt），让后者将这两瓶“白兰地”捎给自己的朋友史蒂夫上校，不明就里的勃兰特一口答应，带着装有炸弹的盒子上了希特勒的专机。特莱斯科夫原本以为这次会万无一失，但他两个小时后却听到了专机已经在狼穴顺利降落的消息。特莱斯科夫赶紧派施拉勃伦道夫拿着两瓶真酒去狼穴，自己则打电话告诉勃兰特说把盒子搞错了，已经派副官送了两瓶真酒过去。3月15日，施拉勃伦道夫上尉冒险进入狼穴，用真酒换回了炸弹，随后他拆开炸弹发现炸弹的击发程序一切正常，但就是没有爆炸，可能是因为低温使得炸弹失效。

特莱斯科夫并没有放弃，他很快又想出了另一个点子。1943年3月21日，希特勒预定要在这一天参加阵亡将士纪念仪式，随后还会参观中央集团军群缴获的苏军武器，特莱斯科夫派遣自己的手下鲁道夫·克里斯多夫·冯·格斯多夫（Rudolf Christoph Freiherr von Gersdorff）陪同第9军团司令莫德尔前往柏林参加这次活动。特莱斯科夫让格斯多夫在希特勒的主席台下面放置定时炸弹，但格斯多夫到达柏林后发现主席台周围戒备森严，于是格斯多夫决定把炸弹藏在自己的大衣里，准备在希特勒参观武器时与其同归于尽。但希特勒对于参观武器没有兴趣，只待了几分钟就迅速离去，而格斯多夫的炸弹至少需要10分钟才能引爆，他只好跑到卫生间把炸弹拆卸，行动再次流产。

在此之后，特莱斯科夫和其他密谋集团成员又策划了多次行动，但因种种原因而失败，希特勒已经很少在公共场合露面，只有深入腹地才有刺杀希特勒的机会，密谋集团逐渐进入低谷。

7月20日密谋案

早在1941年，密谋集团的成员奥尔布里希特上将制定了一个瓦尔基里计划，该计划规定一旦德国出现骚乱，在德国本土的后备军就在各大城市实施戒严，这个计划在1942年得到了希特勒的批准。密谋集团原本希望用这个计划逮捕或刺杀希特勒，但因为不切实际而被搁置。1943年，施陶芬贝格加入密谋集团，他和特莱斯科夫重新修订了瓦尔基里计划，计划在杀死希特勒后，迅速利用后备军在德国国内实施戒严，逮捕所有纳粹党高级官员。随后由密谋集团的成员组成新政府，与同盟国达成停战。

1944年6月6日，盟军在诺曼底登陆，西线德军全面溃败；同期苏军发起了巴格拉基昂行动，德国中央集团军群几乎全军覆没，纳粹德国的末日即将来临。此时，消沉已久的密谋集团对于还有没有必要除掉希特勒存在争论。对此特莱斯科夫力排众议，他告诉密谋集团的其他成员：“必须不惜任何代价进行刺杀。即使失败，在首都夺权的尝试也必须进行。我们必须向全世界和我们的后代证明，德国抵抗运动的成员敢于走出决定性的一步，而且不惜为此冒生命的危险。同这个目标相比，其他任何事情都是无足轻重的。”特莱斯科夫的言辞使得密谋集团重新振作。

1944年7月20日，施陶芬贝格携带定时炸弹前往狼穴参加希特勒的军事会议，他将装有炸弹的皮包放在会议室的桌子下后就离开。随后炸弹爆炸，但希特勒仅受轻伤，又一次逃过一劫。不知情的施陶芬贝格回到柏林，启动了瓦尔基里计划，但是密谋集团行动迟缓，未能控制整个柏林，更没有占领广播站、邮电局、通信大楼等重要据点。至当晚7点，戈培尔在广播里宣布希特勒幸免于难的消息。随后政变迅速瓦解，密谋集团在柏林的数位成员在7月21日凌晨被弗洛姆下令枪毙。

死亡

7月21日凌晨0点，希特勒的声音出现在在德国广播里：“我的德国公民们，今天我向你们讲话的目的是让你们听听我的声音，让你们知道我的确安然无恙。”特莱斯科夫听到后心知大势已去，他对施拉勃伦道夫说：“现在大家都会咒骂攻击我们。但是我的信心没有动摇，我们做的事情是正当的。希特勒不但是德国的头号敌人，也是全世界的头号敌人。几个小时之内，我将要在上帝面前就我的行为进行申辩。我认为我能带着一颗无愧的良心，为我在反希特勒的战斗中所在的一切进行辩护。上帝答应亚伯拉罕如果他能在索多玛找到十个正直之人他就不会摧毁这座城市，因此我希望因为我们的行为上帝不会毁灭德国。我们谁也不能抱怨死亡，因为所有加入我们的人都已穿上了内萨斯衬衫。只有当一个人愿意为他的信仰牺牲生命时，他才是有价值的。”

1944年7月21日清晨，特莱斯科夫驱车来到比亚韦斯托克的苏军阵地附近，用手枪为自己制造了一个假的战斗现场后，随即拉响手榴弹炸掉了自己的脑袋。此举是为了让当局误信他是战斗身亡的，借此可以保护他这条线上的同仁。德国军方一开始也被他瞒过了，将他的尸体送回瓦滕堡安葬，还为其举行了隆重的葬礼。但数周之后，盖世太保从缴获的文件里查出特莱斯科夫原来是密谋集团的核心。特莱斯科夫的妻子随即被捕，但盖世太保对她严刑拷打数周后仍得不到任何信息，只得将其释放。而特莱斯科夫的尸体竟被盖世太保从墓地挖出挂在萨克森豪森集中营，后又被焚尸扬灰。

在2009年的美国电影《行动目标希特勒》中，特莱斯科夫和手下试图炸毁希特勒专机的一幕被呈现在电影里，特莱斯科夫由北爱尔兰著名演员肯尼斯·布莱纳饰演。