Dès son plus jeune age, il est bercé par les récits de son père, soldat de la grande guerre. Il manifeste alors très tôt une passion pour le métier des armes et s'y prépare activement en conciliant études secondaires et préparation militaire.
Il a dix-huit ans en 1939 et s'engage pour la durée de la guerre. Fait deux fois prisonier, il s'évade deux fois. Il rejoint l'armée d'Afrique en 1941; il est alors sergent. Sous-officier exceptionel de courage et d'audace, il participe aux campagnes de Tunisie, d'Italie et de France au sein de la 1ère Division Française Libre.
Il est blessé deux fois et fait l'objet de trois citations dont une à l'ordre de l'Armée. Ses actions d'éclats lui vallent par ailleurs l'attribution de la Médaille Militaire et la Bronze Star Medal à l'ordre de la 7° armée américaine.
Il entre à l'Ecole Militaire Interarmes le 5 juillet 1945. Il fait partie de la promotion Victoire. Il choisit les Troupes Coloniales à sa sortie et est nommé sous-lieutenant le 25 décembre 1945.
Ayant depuis longtemps sollicité de servir dans une unité de commandos, il est affecté le 8 février 1948 à la 1° Demi-Brigade de Parachutistes. Il est alors lieutenant et participe à la création du 3° Bataillon Colonial de Chasseurs Parachutistes à Saint-Brieuc.
Il est chef de section au 2° groupe de commandos du capitaine Bigeard qui écrit dans son livre "Pour une parcelle de gloire": "LHUILLIER, beaux titres de guerre, brillante campagne d'Italie, un solide sur lequel je compte beaucoups".
Il rejoint l'indochine en novembre 1948 et gagne le Tonkin avec son unité. Il fait preuve à nouveau de ses qualités de chef et de combattant. Le 17 février 1949, à Muong San, son commando tombe dans une forte embuscade ennemie composée d'environ 60 hommes. Touché par balles et par éclats de mortier, il s'écroule. Se tournant vers son adjoint, il lui dit "prenez le commandement, je suis touché". Il expire quelques instants plus tard.
"Excellent officier, passionné par son métier et d'une grande bravoure...est tombé, mortellement frappé au cours de l'action, ayant donné jusqu'à la fin, un bel exemple de dévouement et de qualités de chef."
Extrait de la citation à l'ordre de l'Armée nommant le lieutenant Charles LHUILLIER chevalier de la Légion d'Honneur à titre posthume.