Hijo de Friedrich Ludwig von Moltke —ministro del interior de Prusia—,^[1]​^[2]​ ingresó en el servicio diplomático alemán en 1913.^[3]​ Miembro de la Comisión mixta sobre la Alta Silesia entre 1922 y 1924, con posterioridad estuvo destinado como diplomático en Turquía. Entre 1931 y 1939 ejerció como embajador del Reich en Polonia;^[4]​ durante su periodo como embajador se firmó el Pacto de no agresión germano-polaco,^[5]​ en 1934. Ingresó en el Partido Nazi en 1937.^[3]​

A finales de 1942 fue nombrado embajador en España en sustitución de Eberhard von Stohrer,^[6]​ al ser considerado von Moltke un nazi de mayor fiabilidad.^[7]​^[8]​ Llegó a Madrid el 11 de enero de 1943.^[9]​ Suscribió un pacto secreto con el ministro de asuntos exteriores español, Francisco Gómez-Jordana, por el cual España se comprometía a luchar contra los Aliados en caso de que estos atacasen cualquier territorio español, mientras que la Alemania nazi se comprometía a ayudar al régimen franquista con la entrega de material militar.^[10]​ Ocupó el cargo por poco tiempo, ya que falleció el 22 de marzo de 1943 debido a una apendicitis.^[11]​ Fue sustituido por Hans-Heinrich Dieckhoff.^[12]​

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