אחיו הגדולים של נתנאל גויסו בתחילת המלחמה לצבא הפולני ונפלו בשבי. בפורים תש"א (מרס 1941) נרצח אבי המשפחה בידי חייל נאצי. זמן לא רב אחר כך נלקח נתנאל למחנה עבודה, כמו יתר הכשירים לעבודה בגטו. הוא חרד לאמו הזקנה, על כן ברח מהמחנה ובדרך רבת סכנות שב לאופטוב. זמן קצר אחר כך נתפס ונשלח שוב למחנה ממנו ברח. בזמן היעדרו מת אחיו באותו מחנה ובטעות נרשם במשרד שנתנאל מת, וכך נתקבל למחנה לא כבורח שהוחזר – שדינו מוות – אלא כעצור חדש.
נתנאל נשא באומץ את התלאות והעינויים במחנה ואף עודד את העצורים האחרים ועזר להציל את חייהם. הוא הועבר ממחנה למחנה, עד שבמאי 1945 שוחרר בצ'כיה על ידי הצבא הרוסי.
החלטתו לעלות לארץ ישראל התעכבה כיוון שביקש לחזור לפולין, בתקווה קלושה למצוא שרידים ממשפחתו, אך משהתברר כי לא נותר איש הגיע לוורשה והצטרף לקיבוץ של תנועת "איחוד". עם חבריו נשלח להשתתף בארגון סניף הכשרה של התנועה, במקום הסמוך לעיר הולדתו אופטוב.
ביום 2 באוגוסט 1946 העפיל ארצה באונייה "כ"ג יורדי הסירה". האונייה, שאורגנה על ידי המוסד לעלייה ב' של ה"הגנה", הפליגה מנמל בוקה דה מגרה באיטליה כשעל סיפונה 790 מעפילים. בהגיעה לאזור קפריסין נתגלתה הספינה על ידי מטוס סיור בריטי, זה שלח אליה משחתת והמלחים הבריטים השתלטו על הספינה וגררו אותה לנמל חיפה. המעפילים פתחו בשביתת רעב במחאה על גירושם הצפוי, ולאחר מאבק אלים הועלו לאונייה בריטית והובלו למחנות הגירוש בקפריסין.
בקפריסין עסק נתנאל בעיקר בלימוד עברית ובענייני ה"הגנה". אחרי חודשים מספר הורשה לעלות לישראל, אך כאן נעצר ונשלח למחנה המעצר בעתלית.
עם שחרורו ממחנה עתלית הצטרף נתנאל לכפר עציון, ראשון יישובי גוש עציון. שם נקלט בהדרגה בעבודה ובחברה, ונתחבב על החברים בזכות תכונותיו הטובות.
על פי החלטת החלוקה של האו"ם מיום 29 בנובמבר 1947 לא נכלל גוש עציון בתחומי המדינה היהודית. מיד לאחר ההחלטה החלו התנכלויות השכנים הערבים ליישובי הגוש. במשך זמן רב היה הגוש נתון במצור ערבי, ואספקה אליו הועברה רק בשיירות מאובטחות או מהאוויר.
כמו כל חברי הגוש הבוגרים השתייך נתנאל ל"הגנה" ושירת בחטיבת "עציוני" (חטיבת "ירושלים") – חטיבה מספר 6. ה"הגנה" אף תגברה את גוש עציון בלוחמי חי"ש (חיל השדה) מירושלים ומתל אביב ובלוחמי פלמ"ח מחטיבת "הראל".
בחודשי ההגנה על הגוש פעל נתנאל בשמירה, בהגנה ובעבודות ביצור. באותו זמן קיבל מקרוביו שבאמריקה כסף ורישיון לבוא אליהם לביקור, אך סירב לצאת את הארץ בשעה שהיא זקוקה לכל אחד מבניה. הוא נטה שכם לכל משימה קשה ומסוכנת, עודד את הנופלים ברוחם ועזר לנחשלים בגופם. לפצועים היה מגיש עזרה ראשונה ברוך אבהי ובמסירות, כשהוא אומר לפצוע: "אל תירא, לא יקרה לך דבר, תבריא בקרוב. אך אנו את כפר עציון לא ניתן, עד טיפת דמנו האחרונה נגן עליו!"
באחד הקרבות, ביום 4 במאי 1948, שירת נתנאל בצוות המקלע היחיד. הוא עמד איתן במערכה בתוך מטר האש, והפעיל נגד האויב את המקלע בלי הפוגה. בשעת הנסיגה מ"אוכף המוכתר" מפני שריוני הלגיון הערבי נשא לבדו את המקלע הכבד חזרה אל הכפר.
בשל חשיבות הגוש בדרך לירושלים פלשו לאזור יחידות חלוץ של צבא ירדן ("הלגיון הערבי") עוד קודם לסיום תקופת המנדט. ב-12 במאי 1948 תקפו חיילי הלגיון בכוח רב והצליחו להתקרב ולהתמקם בסמוך לכפר עציון.
למחרת, ד' באייר תש"ח (13.5.1948), תקף כוח ירדני משוריין את הכפר ותוך הפגזה עזה פרץ אליו. ערבים רבים מכפרי הסביבה הצטרפו לתקיפה, כבשו את היישוב והרסו אותו כליל.
כמאה מלוחמי הכפר נפלו ביום זה, ונתנאל ביניהם. חלקם נרצחו לאחר כניעתם.
