Hartley a Toro Rosso csapatában debütált a Forma-1-ben a 2017-es Amerikai Nagydíjon.
, Pierre Gasly helyébe, aki nem vett részt a japán Super Formula bajnokság utolsó fordulójában; 39-es számmal versenyzett. A 17. pozícióban kvalifikálódott, miután az 1. kvalifikáció során kiesett, de a 19. pozícióból indult a motorbüntetések miatt. A versenyt 13. helyen fejezte be, egy kört a győztes Lewis Hamilton előtt. Október 26-án megerősítették, hogy Hartley a szezon hátralévő részében a Toro Rosso versenyzője marad, helyettesítve Daniil Kvyat-ot, és állandó versenyszámul választotta a 28-at (ugyanaz a szám, amelyet korábban Will Stevens használt 2015-ben).