Состоял камер-пажом при Густаве-Адольфе и сопровождал короля в его ливонских походах. Прусский поход Густава-Адольфа (1626—1629) сделался настоящей военной школой Торстенссона. Он принимал деятельное участие в преобразовании артиллерии, предпринятом королем, и, командуя ею, содействовал победам при Брейтенфельде (1631) и Лехе (1632).
В 1632 году он был взят в плен при Альте Весте и заключен в сырую тюрьму в Ингольштадте; здесь было подорвано его здоровье. В 1633 году произошел обмен пленными: Торстенссон был освобожден и вскоре принял участие в покорении баварской крепости Ландсберга.
После смерти Густава Торстенссон, вместе с Делагарди, оставался в Пруссии, чтобы отразить ожидавшееся нападение со стороны Польши. После заключения перемирия с Польшею, в 1635 году, он снова был вызван на немецкий театр войны и в конце 1635 году соединился с Банером. Оба полководца спасли военную славу Швеции своим редким мужеством и военным тактом. Торстенссон принимал самое деятельное участие в битве при Витштоке (1636), в энергичной обороне Померании (1637 и 1638), в победе при Хемнице и в вторжении в Богемию в 1639 году.
После смерти Банера, в 1641 году, Торстенссон взял на себя главное командование войсками в Германии. Болезнь часто заставляла его следовать за войском в носилках, но не мешала ему наводить страх на врагов. В 1642 году Торстенссон, через Бранденбург и Силезию, вошел в Моравию, где крепость за крепостью сдавались ему. Чтобы не быть отрезанным императорскими войсками, он вернулся в Саксонию и там, при Брейтенфельде, разбил наголову императорские войска. Заняв Лейпциг и прозимовав там, он весною 1643 года, снова вторгнулся в Моравию, помог гарнизону в Ольмюце, а затем — по тайному поручению своего правительства — поспешил на север: ему было поручено командование в новой войне, вспыхнувшей между Швецией и Данией. Был момент, когда императорский полководец Галлас чуть было не запер Торстенссона в Ютландии, но полководец пробился.
Осенью 1644 года Торстенссон снова явился в Германии, разбил имперскую кавалерию у Ютербока и в начале 1645 года стоял уже в Богемии. Блестящая победа при Янкове открыла ему путь к Вене, но он отступил в северную Богемию: болезни в войске, как и собственные его недуги, удержали его от рискованного предприятия.
В декабре 1645 года Торстенссон вернулся в Швецию, где был возведен в графское достоинство. Густав III за свою речь, посвященную памяти Торстенссон («?reminne ?fver Lennart Torstensson»), был удостоен Шведской академией премии в 1786 году.