Hartley fixo o seu debut na Fórmula Un para Toro Rosso no Gran Premio dos Estados Unidos de 2017
, substituíndo a Pierre Gasly, que estaba ausente para participar na ronda final do Campionato de Súper Fórmula do Xapón; correu co número 39. Calificou na 17a posición despois de ser eliminado durante a clasificación 1, pero comezou desde a 19a posición debido a penalizacións do motor. Terminou a carreira na 13a posición, unha volta atrás do gañador da carreira Lewis Hamilton. O 26 de outubro confirmouse que Hartley permanecería como piloto de Toro Rosso durante o resto da tempada, substituíndo a Daniil Kvyat, e elixiu o 28 (o mesmo número usado anteriormente por Will Stevens en 2015) como o seu número de carreira permanente.