В это время он писал своим родителям домой: «Нахожусь на прежнем месте. Отдыхаем, когда и куда в дальнейшем – ничего не предвидится. Задача остаётся прежней – добить немцев». Отправляясь однажды в боевое задание, Мартехов заметил, как один немецкий танк подходит к мосту. Резко повернув свою машину,  экипаж командира на скорости ринулся к врагу. Танки быстро сходятся. Столкновение на мосту неизбежно. Теперь победит тот, у кого крепче нервы. «Только на таран!» - командует Василий. Напряжение достигает предела. И нервы фашистов не выдерживают: их машина повернула в сторону. Тяжёлый «КВ» всей своей массой обрушивается на немецкий танк и опрокидывает его с моста.

Не раз Мартехов и его друзья делали рейды по тылам противника. Однажды партизаны указали им одну дорогу, по которой немцы постоянно перебрасывают технику и живую силу на передовую. План созрел быстро. Выбрав удобный момент, советские танки неожиданно появились на дороге и, поливая немцев свинцом из пулемётов, начали подминать гусеницами всю технику, которую гитлеровцы в панике побросали на дороге.

У села Вознесеновка Щебекинского района советские танки встретили яростное сопротивление. Бой был тяжёлым. Немецкие батареи, ни на секунду не умолкая, пытаются остановить наши танки. Навстречу выползают «тигры». Рота Мартехова открывает точный огонь. Запылало несколько фашистских танков. Немцам удаётся отсечь танк командира от роты. Но пушка Василия продолжает поражать врага. Тогда противник переносит весь огонь на машину Мартехова. Прямое попадание снаряда оборвало жизнь славного танкиста.

На Курской дуге была окончательно предрешена судьба фашистского нашествия. И в этом есть доля Василия Мартехова, сохранившего до конца жизни верность своей клятве, которую он дал Родине. На счету Василия 25 уничтоженных танов, 22 орудия, 19 миномётов, 16 автомашин, 7 пулемётных точек и более 800 солдат и офицеров противника. За геройский подвиг Президиум Верховного Совета от 26 октября 1943 года присвоил ему посмертно звание героя Советского Союза.