W marcu 1939 pełnił służbę w instytucie na stanowisku kierownika referatu ewidencyjno-statystycznego.

W czasie kampanii wrześniowej 1939, po agresji ZSRR na Polskę z 17 września 1939, dostał się do niewoli sowieckiej. W kwietniu 1940 przebywał w obozie jenieckim w Kozielsku. 28 kwietnia 1940 przekazany do dyspozycji naczelnika Zarządu NKWD Obwodu Smoleńskiego – lista wywózkowa 052/4 z 27 kwietnia 1940. Został zamordowany 30 kwietnia 1940 w Katyniu przez funkcjonariuszy Obwodowego Zarządu NKWD w Smoleńsku oraz pracowników NKWD przybyłych z Moskwy na mocy decyzji Biura Politycznego KC WKP(b) z 5 marca 1940. Ofiary tej zbrodni grzebano w bezimiennych mogiłach zbiorowych, gdzie od 28 lipca 2000 mieści się oficjalnie Polski Cmentarz Wojenny w Katyniu. W miejscu tym prowadzone były ekshumacje i prace archeologiczne, jednak Karol Veltze nie został zidentyfikowany. W Archiwum Robla w pakiecie 03-01, wymieniony na niedatowanej liście w notatniku znalezionym przy szczątkach Łukasza Zwierkowskiego.

Żonaty z Bronisławą z Pisarków, z którą w 1936 się rozwiódł.