Ayant pris connaissance de l'appel du général de Gaulle, René Lepeltier attend des autorités du Tchad qu'elles se rallient à lui[2]. Cependant, voyant que ce n'est pas le cas, il décide de rejoindre de lui-même la France libre et quitte le Tchad le 6 juillet 1940[2]. Parvenu à traverser le désert et à rejoindre les troupes britanniques au Soudant, il est envoyé au camp d'Ismaïlia, en Égypte, où il est affecté au 1er bataillon d'infanterie de marine avec lequel il prend part à la guerre du désert en Libye[2]. En juin 1941, il participe à la campagne de Syrie au cours de laquelle il est brièvement fait prisonnier par les troupes du régime de Vichy[3]. De retour en Libye et promu adjudant, il participe à la prise du col d'Halfaya puis à l'installation des troupes françaises sur l'oasis de Bir Hakeim[2].
Le 14 mars 1942, René Lepeltier dirige une patrouille de reconnaissance dans le secteur de Bir Hakeim[1]. Entré en contact avec une unité ennemie, le combat s'engage et il est grièvement blessé par un obus qui lui broie la cuisse[1]. Malgré la douleur, il parvient à se faire un garrot et à reprendre son véhicule pour rejoindre ses lignes[2]. Après plusieurs mois d'hospitalisation au cours desquels il a du être amputé de sa jambe, il est réformé en novembre 1942 et, ne pouvant plus combattre, est cantonné à des tâches administratives[2]. Ne se sentant plus utile, il demande à quitter l'armée et est démobilisé le [2].
Après-Guerre
Après le conflit, il subit encore de nombreuses opérations chirurgicales puis obtient un poste d'inspecteur de police au Tchad malgré les réticences de son médecin[2]. Considérablement affaibli par ses blessures et ses opérations, René Lepeltier meurt le à Fort-Lamy et y est inhumé[2].