Призван в армию 19 сентября 1940 года и направлен для прохождения службы на Дальний Восток, в зенитный дивизион, прикрывавший мост через реку Зея. Дослужился до командира отделения управления зенитной артиллерийской батареи.

В декабре 1941 года в составе минометного батальона в качестве командира минометного расчета убыл на фронт. В апреле 1942 года минометный батальон вошел в состав формируемой 4-й мотострелковой бригады, которая в свою очередь вошла в состав 4-й танкового корпуса. В составе этого корпуса летом 1952 года принял участие в боях га подступе к Воронежу.  С 19 ноября 1942 года корпус принял участие в Сталинградской наступательной операции и совместно с 4-м механизированным корпусом замкнул кольцо окружения вокруг группировки войск генерал фельдмаршала Паулюса.

Приказом НКО СССР № 57 от 7 февраля 1943 г. 4-й танковый корпус преобразован в 5-й гвардейский танковый корпус за образцовое выполнение боевых задач, стойкость, мужество, высокую дисциплину и героизм личного состава, проявленные в Сталинградской битве.

В июле 1943 года в составе 5-го гвардейского Сталинградского танкового корпуса принял участие в Курской битве. Был ранен в ногу осколком снаряда. После излечения был направлен командиром стрелкового отделения в 759 стрелковый полк 163-й стрелковой дивизии 50-го стрелкового корпуса. В составе этого полка форсировал Днепр, освобождал Украину. В марте 1944  года за мужество, проявленное в бою за деревню Тыновка представлен к награждению Орденом Отечественной войны II степени. Там же ранен повторно.

После выздоровления вновь попал в 5-й гвардейский танковый Сталинградско-Киевский корпус в качестве командира отделения в роту автоматчиков 6-й гвардейской мотострелковой бригады, в составе которой освобождал Молдавию, Венгрию. В январе 1945 года назначен командиром отделения разведки 15-го отдельного гвардейского мотоциклетного батальона.

В составе этого батальона освобождал Будапешт, Вену, Прагу.

К августу 1946 года 6-я гвардейская танковая армия, в состав которой входил 5-й гвардейский танковый корпус была передислоцирована в Забайкалье. Гвардии сержант Фатхуллин в составе 15-го отдельного гвардейского мотоциклетного батальона форсировал хребет Большой Хинган, одним из первых входил в города захваченные японскими милитаристами, в том числе ив город Дальний. 

За проявленную отвагу и мужество, за умелое командование отделением представлен к ордену Отечественной войны II степени.