Après l'armistice du 22 juin 1940, il se rallie à la France libre. Il participe aux à la défense des convois alliés dans le cadre de la bataille de l'Atlantique. Il part ensuite pour la Nouvelle-Calédonie où il sert à l'état-major de la flotte de Nouméa jusqu'en octobre 1942. Promu officier des équipages de 2e classe, il est muté dans la flotte de Tahiti où il termine la guerre avec le grade d'officier des équipages de 1re classe.

Restant dans la marine après le conflit, Gontran Gauthier est affecté sur le porte-avion Dixmude de 1948 à 1950.  Il participe ensuite à la guerre d'Indochine jusqu'en 1953. Il termine sa carrière militaire en 1962 avec le grade d'officier principal des équipages.