Poulsson begynte på Befalsskole sommeren 1939, og han var i april 1940 som befalsaspirant forlagt i Fredrikstad. Ved den tyske invasjonen av Norge var han med i felttoget i Østfold, men opplevde at hans avdeling 14. april ble beordret til å trekke seg over grensen til Sverige uten å ha kommet i kamp. I juli 1940 var han tilbake i Norge.
I januar 1941 flyktet Poulsson til Sverige. I oktober samme år kom han til Storbritannia, og i november ble han innrullert i Kompani Linge.
Vemork-aksjonen
19. oktober 1942 hoppet Poulsson ut i fallskjerm over Hardangervidda som leder for operasjon Grouse, fortropp for den første Vemork-aksjonen. De øvrige medlemmene av Grouse var Claus Helberg, Knut Haugland og Arne Kjelstrup. Formålet for aksjonen var å stanse tyskernes produksjon av tungtvann ved Norsk Hydros fabrikk ved Vemork på Rjukan. Angrepet på Vemork-anlegget, operasjon Freshman, ble iverksatt en måned senere men endte i katastrofe. Begge glideflyene og et av trekkflyene som skulle lande britiske soldater havarerte. De som overlevde havariet ble kort etter henrettet av tyskerne. Grouse måtte nå overvintre på Hardangervidda under svært harde forhold, inntil de i februar 1943 ble forsterket med seks sabotører fra Kompani Linge (operasjon Gunnerside). Natt til 28. februar 1943 lyktes de i å trenge inn Vemork-anlegget, der de sprengte tungtvanncellene og ødela 900 kilo tungtvann.
Operasjon Sunshine
I april 1943 vendte Poulsson tilbake til Storbritannia. I oktober 1944 ble han igjen sluppet over Telemark, som deltaker i Operasjon Sunshine hvor han var nestleder. Denne operasjonen var et samarbeide mellom Kompani Linge og Milorg som blant annet skulle beskytte norske industrianlegg og kraftverk i tilfelle tyskerne i krigens siste fase besluttet å bruke den brente jords taktikk også i Sør-Norge. Da lederen, major Leif Tronstad ble drept i mars 1945, overtok Poulsson som leder for operasjonen. Fram til slutten av krigen var Poulsson sjef for Milorg D 16.
Etterkrigstiden
Etter krigen fortsatte Poulsson i Forsvaret. Han gjennomførte i 1952 offiserskurs i USA og tok i 1966 Forsvarets høgskole. I 1960 var han sjef for DANOR, den dansk-norske bataljonen i FN-styrken UNEF I i Gaza. Han var sjef for H.M. Kongens Garde 1961–65, nestkommanderende for Brigaden i Nord-Norge 1967–68 og sjef for Infanteriregiment nr. 3 1980–82. Han ble utnevnt til oberst i 1968. Poulsson ble pensjonert i 1982 og bodde på Kongsberg frem til sin død 2. februar 2010. Poulsson ble bisatt ved Uranienborg kirke 15. februar 2010 og kong Harald V var til stede under seremonien.
As leader he showed a spirit of persistence which is beyond all praise. He was fully alive to all the difficulties and dangers of his position and showed a high standard of devotion to duty.