Bārtulis kopš 2007. gada spēlēja Nacionālās hokeja līgas komandas Filadelfijas Flyers sistēmā. NHL regulārajā čempionātā un Stenlija kausā aizsargs aizvadījis 73 spēles, gūstot vienus vārtus un veicot astoņas rezultatīvas piespēles.
Oskars Bārtulis papildina #dinamoriga komandu! #️⃣7️⃣3️⃣ pic.twitter.com/dT0q2ks1Cw
— Dinamo Riga (@hcDINAMORIGA) October 4, 2019
Pēc tam Bārtulis pārcēlās uz KHL un pievienojās Doņeckas Donbass, bet 2014./2015.gada sezonu aizsargs aizvadīja Astanas Baris komandā. 2015./16. gada sezonā Bārtulis pievienojās Vladivostokas Admiral, kur pavadīja nepilnas trīs sezonas un bija komandas kapteinis. 2017./2018.gada sezonu aizsargs noslēdza Ufas Salavat Julajev.
Karjeras laikā Bārtulis Latvijas izlases sastāvā piedalījās trijos pasaules čempionātos un divās olimpiskajās spēlēs, kā arī bijis valstsvienības kapteiņa asistents.