В 1932 году вернулся в Германию, участвовал в антифашистском движении. По обвинению в государственной измене был приговорён к 27 месяцам тюремного заключения, в 1933—1935 годах отбывал наказание в Бранденбургской тюрьме. После освобождения эмигрировал в Чехословакию. В это время он был исключён из компартии по обвинению в предательстве.
Регистрационная карточка Вальтера Бартеля в качестве заключенного в нацистском концентрационном лагере в Бухенвальд
В марте 1939 года арестован немецкими оккупационными войсками и доставлен в концлагерь Бухенвальд.
В Бухенвальде принимал активное участие в создании подпольной коммунистической парторганизации, с 1943 — председатель Международного лагерного комитета, который координировал работу сил Сопротивления в лагере.
После освобождения в 1945 году восстановился в коммунистической партии, с момента создания был членом Социалистической единой партии Германии. В 1946 занимал пост начальника отдела народного образования городского совета Берлина, в рамках партийной работы был личным помощником Вильгельма Пика.
Получив степень доктора философии, он стал профессором современной истории в Университете Карла Маркса в Лейпциге. С 1957 по 1962 — директор Института современной истории Германии. После этого читал лекции по новой и новейшей истории в Университете имени Гумбольдта в Берлине.
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