Drei Jahre nach der Machtübernahme durch die Nationalsozialisten musste Güterbock Deutschland verlassen. Er folgte seinem Doktorvater Benno Landsberger und emigrierte in die Türkei, wo er bis 1948 Professor für Hethitologie in Ankara war. Dort lernte er auch seine spätere Frau, Franziska Hellmann, kennen, die mit ihren Eltern aus Würzburg emigriert war. Ihre beiden Söhne Walter Michael und Thomas Martin Güterbock kamen in Ankara zur Welt.
1949 ließ sich Güterbock in Chicago nieder, wo er an der University of Chicago am Oriental Institute lehrte. Nach seiner Emeritierung war Güterbock weiter aktiv, etwa als Mitherausgeber des „Chicago Hittite Dictionary“.
Zu seinen Werken gehören neben einer Vielzahl von Beiträgen in Fachzeitschriften unter anderem „Siegel aus Boghazköy" (B.-Frohnau: Selbstverl. d. Hrsg. Dr. E. F. Weidner 1940-42) sowie „Kumarbi: Mythen vom churritischen Kronos aus den hethitischen Fragmenten zusammengestellt, übersetzt und erklärt“ (Zürich; New York: Europaverl. 1946).
Güterbock ist vielfach geehrt und ausgezeichnet worden,unter anderem wurde er 1959 zum Tiffany and Margaret Blake Distinguished Service Professor des Oriental Institus der University of Chicago ernannt und erhielt Ehrendoktorwürden der Freien Universität Berlin, der Universität Uppsala und der Universität Ankara.

Der Nachlass von Hans Gustav Güterbock enthält ein umfangreiches Konvolut von Briefen, unter anderem von Kurt Bittel, Johannes Friedrich, Albrecht Goetze, Benno Landsberger und Ernst F. Weidner sowie zahlreiche Familienbriefe, zum Teil aus der Zeit der Emigration; Lebensdokumente, darunter Urkunden, Pässe, Fotografien und Notiz- und Adressbücher sowie Familiendokumente; eine Vielzahl von Fotografien von Landschaften, Ausgrabungsstätten, etwa von Boghazköy, Istanbul, Karalar und Konya; einige Belegexemplare seiner wissenschaftlichen Arbeiten sowie autobiografische Schriften.