Seit 1934 Mitglied der SS, war Pfannenstiel als Arzt des SS-Oberabschnitts Fulda-Werra und als beratender Hygieniker der Waffen-SS tätig, ab 1941 im Range eines Obersturmbannführers. In dieser Funktion inspizierte er auch Konzentrations- und Vernichtungslager in den von der Wehrmacht besetzten Gebieten. 1942 war er während einer Inspektionsreise in das Vernichtungslager Belzec Augenzeuge der Ermordung von Juden. Seit 1940 war Pfannenstiel aufgrund seiner Tätigkeit als SS-Arzt immer wieder von seinen Dienstgeschäften an der Marburger Universität beurlaubt.