Hartley a debutat în Formula 1 pentru Toro Rosso la Marele Premiu al Statelor Unite din 2017
, înlocuind-o pe Pierre Gasly, care a fost absent pentru a participa la ultima rundă a Campionatului de Super Formula din Japonia; el a concurat cu numărul 39. S-a calificat pe poziția 17 după ce a fost eliminat în timpul calificărilor 1, dar a început de pe poziția 19 din cauza penalizărilor motorului. El a terminat cursa pe poziția 13, cu un tur în urma câștigătorului cursei, Lewis Hamilton. A fost confirmat pe 26 octombrie că Hartley va rămâne un pilot Toro Rosso pentru restul sezonului, înlocuind Daniil Kvyat, și a ales 28 (aceeași cifră folosită anterior de Will Stevens în 2015) ca numărul său permanent de cursă.