Podczas kampanii wrześniowej 51. eskadra walczyła w ramach lotnictwa Samodzielnej Grupy Operacyjnej „Narew”. Tadeusz Martusewicz, poza lataniem jako podporucznik obserwator, pełnił również funkcje organizacyjne, m.in. 6 września dowodził kolumną transportową eskadry. 8 września na nieuzbrojonym RWD-8 wykonał lot łącznikowy do sztabu SGO „Narew” i dostarczył meldunki o przeprowadzonym rozpoznaniu. Na kilka dni został tam oddany do dyspozycji sztabu. Do macierzystej jednostki dołączył 12 września.
Po agresji ZSRR na Polskę został wzięty do niewoli przez oddziały Armii Czerwonej. Wkrótce udało mu się zbiec i przedostać do Rumunii. W polskim konsulacie w Bukareszcie otrzymał paszport, dzięki któremu przez Jugosławię i Grecję przedostał się do Francji. Został skierowany do polskiej bazy lotniczej w Lyon-Bron. W marcu 1940 r. został skierowany na szkolenie na sprzęcie francuskim do ośrodka Szkolenia i Zgrywania Załóg Bombowych i Współpracy w bazie lotniczej Clermont-Ferrand, gdzie pełnił funkcję obserwatora klucza obrony bazy, a następnie do szkoły ognia w Rochefort. Po zakończeniu walk we Francji przedostał się do Saint-Jean-de-Luz skąd, na pokładzie statku „Arandora Star”, odpłynął do Liverpoolu.