Участие в Великой Отечественной войне принимал на Северо-Западном фронте в составе 97 стрелковой дивизии 233 стрелкового полка в должности политрука роты, затем и за командира роты. Будучи в разведке с группой солдат , доставил точные донесения и "языка". В четырёх схватках с разведкой противника каждый раз уничтожал её, доставил четырёх "языков". В марте-месяце 1942 года, с выбытием из строя командира роты по ранению, принял команду на себя. Под деревней Дубровка Смоленской области , закрыв силой своей роты пути отхода противника, и пользуясь внезапностью, приняли основной удар в панике отступавшего противника, и нанесли ему большой урон. Лично старшина Мартыненко В.И. подвил два вражеских танка , убил шесть немцев и одного взял в живых. В другом бою старшина Мартыненко В.И. уничтожил огневую точку из двух станковых пулемётов и прислуги. А всего им убито до 20 немцев.В неоднократных боях старшина Мартыненко В.И. , кроме вышеуказанного, вынес с поля боя двух средних командиров и семь рядовых. Получил тяжёлое ранение в правую ногу. Награждён орденом Красной Звезды и 11 медалями.