Служил в составе 57 бомбардировочного авиаполка, базировавшегося на аэродроме Чернышовка в Приморье. Полк имел на вооружении самолеты СБ.

С 06 июля 1941г. полк начал перелет на аэродром Сасово (Рязанская обл.). В конце июля в Сасово полк был переформирован в два полка. 1-я и 2-я авиаэскадрильи составили 57 «А» скоростной бомбардировочный авиаполк (командир полка майор Суржин Иван Семенович, помощник командира полка- старший лейтенант Кожевников Василий Дмитриевич).

22 августа полк вошел в составе 10 смешанной авиадивизии. На вооружении имел 15 самолетов СБ.

31 августа три самолета СБ в районе Бетлица- Белок были атакованы парой истребителей. Стрелок-радист Фомин огнем пулеметов отбил атаки противника.

06 сентября обнаружил скопление автомашина на окраине Стригино, о чем доложил штурману экипажа.

10 сентября самолет СБ экипажа: летчик командир звена младший лейтенант Марченко Иван Владимирович, стрелок-бомбардир лейтенант Степанов Михаил Иванович, стрелок-радист старший сержант Фомин Варфоломей Васильевич у линии фронта был атакован истребителем. После первой атаки СБ загорелся. Стрелок-радист выпрыгнул с парашютом. Летчик и стрелок-бомбардир погибли в самолете, который упал в районе Новосельцы.

К 14 сентября 1941г. старший сержант Фомин совершил 21 боевой вылет. Был представлен к ордену Красной Звезды, приказом от 23 ноября 1941г. награжден медалью «За отвагу».

29 сентября 1941г. полк был переименован в 450 скоростной бомбардировочный авиаполк. В составе полка осталось 5 исправных самолета и 4- требующих ремонта.

04 октября 1941г. полк направлен на аэродром Козельск.

К 13 октября полк имел  1 исправный самолет и 1 неисправный.

15 октября 1941г. личный состав полка направлен в г.Чкалов на доукомплектование и переучивание на самолет Пе-2. 

В мае 1942г. полк расформирован, командование и летный состав были переданы в состав формировавшегося 4 дальнего разведывательного авиационного полка (командир полка майор Берман Семен Давидович, с февраля 1943г. подполковник Артемьев Борис Павлович). На вооружении полк имел самолеты Пе-2, Пе-3, впоследствии,  американские самолеты «Аэрокобра».

14 марта 1943г. экипаж самолета Пе-2: летчик старший лейтенант Озерков Ефим Павлович, штурман старший лейтенант Соловьев Леонид Николаевич, воздушный стрелок-радист старший сержант Фомин- выполнил разведку в районах Хутор Михайловский- Погар- Стародуб- Новгород-Северский.

15 марта экипаж Озерков, Соловьев, Фомин выполнил разведку районов Хутор Михайловский- Выгоничи- Почеп- Унеча- Погар- Жихов.

18 марта- в районах Стародуб- Унеча- Клинцы- Новгород-Северский- Шостка. В районе Севска был атакован четверкой истребителей Ме-109 (Мессершмитт), над Суджей- парой Ме-109. Уйдя от преследователей, совершил вынужденную посадку западнее Обоянь. Самолет скапотировал, подлежит заводскому ремонту. Экипаж получил легкие ушибы. Разведдонесение сдано в оперотдел 38 армии.

17 июня 1943г. полк был преобразован в 98 отдельный гвардейский разведывательный авиаполк. 

08 июня 1944г. экипаж самолета А-20-Б (Дуглас-Бостон): летчик гвардии лейтенант Грибов Николай Иванович, летнаб гвардии старший лейтенант Саркисян Николай Дмитриевич, воздушные стрелки гвардии старший сержант Коваль Иван Романович и гвардии старший сержант Фомин Варфоломей Васильевич, в 06-03 вылетел с аэродрома Скоморохи. Экипаж должен был пройти по маршруту Скоморохи- Люблин- Радом- Варшава- Седльце- Скоморохи. Из-за отказа внутренней связи экипаж вернулся через час полета.

После устранения неисправности экипаж в 09-15 вновь вылетел по тому же маршруту. В районе Владимир-Волынский был обстрелян сильным зенитным огнем (до 200 разрывов). Осколком зенитного снаряда был тяжело ранен стрелок Фомин. Через 50мин, в 11-30 экипаж вернулся на аэродром Сокоморохи. Гвардии старший сержант Фомин спустя 2 часа скончался в госпитале Житомира.

Похоронен в братской могиле на сельском кладбище с.Скоморохи, Житомирский р-н, Житомирская обл.