22 lutego 1934 roku został awansowany do stopnia kapitana ze starszeństwem z dniem 1 stycznia 1934 roku i 101. lokatą w korpusie oficerów piechoty.
W kampanii wrześniowej dowodził kompanią ciężkich karabinów maszynowych w 77 pułku piechoty, był dwukrotnie ranny. Po zakończeniu walk znalazł się w strefie okupacji radzieckiej. Bojąc się prześladowania polskich oficerów, przebrał się w mundur szeregowego i występował pod fałszywym nazwiskiem. Podjął próbę przedostania się przez Węgry do Francji, ale został aresztowany na granicy i zesłany do Workuty, gdzie przebywał dwa lata. thumb|180px|left|Leon Gnatowski, mjr, zastępca d-cy 15 batalionu 5 Kresowej Dywizji Piechoty thumb|Grób Leona Gnatowskiego i jego żony na Cmentarzu Wojskowym na Powązkach
W 1942 roku wstąpił do armii Andersa, w której dowodził I batalionem 13 pułku piechoty „Rysiów”. Następnie pełnił funkcję zastępcy dowódcy 13 Wileńskiego batalionu strzelców „Rysiów”, a później w stopniu majora zastępcy dowódcy 15 Wileńskiego batalionu strzelców „Wilków”. W bitwie o Monte Cassino dowodził atakiem na wzgórze „Widmo”, walczył w pierwszej linii. Za tę bitwę został odznaczony Krzyżem Złotym Orderu Wojennego Virtuti Militari. Następnie brał udział w bitwie o Ankonę, dowodził zgrupowaniem prowadzącym pościg za wycofującymi się Niemcami.