Hartley tegi oma Formula 1 debüüdi Toro Rosso jaoks 2017. aasta Ameerika Ühendriikide Grand Prix's.
, asendades Pierre Gasly, kes ei osalenud Jaapani Super Formula meistrivõistluse viimases voorus; ta sõitis numbriga 39. Ta kvalifitseerus 17. positsioonil, olles elimineeritud 1. kvalifikatsiooni ajal, kuid hakkas 19. positsioonilt mootori karistuste tõttu. Ta lõpetas sõidu 13. positsioonil, ühe ringiga võidu võitja Lewis Hamiltoni järel. 26. oktoobril kinnitati, et Hartley jääb Toro Rosso sõitjaks hooaja lõpuni, asendades Daniil Kvyat'i, ja ta valis oma alalise võistlusnumbrina 28 (sama number, mida varem kasutas Will Stevens 2015. aastal).