Sønsteby deltog i det väpnade motståndet mot de tyska styrkor som anföll Norge 1940. Han blev snart en av de ledande inom motståndsrörelsen och ingick i Oslogjengen. Sønsteby är den mest dekorerade norske medborgaren. Han skildrade sina krigsupplevelser i Rapport fra ”Nr 24”. (1960; ”Rapport från Nr 24.”).