В начале советско-финлянской войны участвовал в перегоне новых самолётов в один из авиаполков Краснознаменного Балтийского флота. Несмотря на сложные метеорологические условия, это ответственное задание командования, было успешно выполнено. Боевая деятельность старшего лейтенанта Харламого началась с 31 декабря 1939г, 2февраля1940г. во время выполнения специального задания по аэрофоторазведке укрепленного района противника, бомбардировщик, на котором находился штурман Харламов, был атакован двумя истребителями" Фоккер Д-21". Экипаж вступил в неравный бой. Советский самолет получил многочисленные пробоины и загорелся. Лётчик повёл горящий бомбардировщик на посадку.Закрыв лицо от пламени, ничего не видя в дыму, он руководствовался исключительно указаниями штурмана. Машина была благополучно посажена на лёд Финского залива.Через несколько часов отважных балтийцев подобрал наш самолёт.

За образцовое выполнение боевых заданий, за мужество 7 февраля 1940 г. все три члена экипажа бомбардировщика, были удостоены звания Героя Советского Союза. В период ВОВ коммунист Харламов участвовал в обороне Одессы, наносил бомбовые удары по Канстанце, Сулине и другим  важным обьектам врага. В 1944-1945гг. громил немецко-фашистких захватчиков на Балтике.