Василий Мартехов был человеком интересной судьбы. Он родился в семье русских эмигрантов на руднике Букрон в американском штате Огайо и стал пятым ребёнком. По праву рождения мальчик получил гражданство США. Отец-шахтёр работал по 12 часов в день, но получал ничтожно мало. Мартеховы жили на барже и едва сводили концы с концами. Американская мечта обошла семью стороной. Поэтому после Революции 1917 года эмигранты вернулись в ставшую советской Россию.
Мартехов-старший привёз семью сначала в родную белорусскую деревню Березки, после этого в сибирский Прокопьевск, и окончательно остановился в Алма-Ате. Сыновья Фёдора Мартехова пошли по стопам отца и стали шахтерами. Младшего Василия в 1939 году призвали в Красную Армию. Юноша любил технику и хорошо в ней разбирался, поэтому был направлен в бронетанковые войска. Срок службы сержанта Мартехова заканчивался в 1941-м, но началась война. Боевое крещение состоялось на Брянском фронте в тяжёлых оборонительных боях. В сентябре Василий Мартехов получил ранение и боевую награду — Орден Красной Звезды. В представлении подчёркивалось, что «Тов. Мартехов храбрый, энергичный и решительный командир, способный выполнить любую задачу».
После госпиталя лейтенант снова встал в строй. Под Сталинградом Мартехов проявил себя настоящим танковым асом. Ворвавшись на немецкий аэродром у станции Морозовка, его рота в упор расстреливала вражеские самолеты. 1 ноября Мартехов со своим экипажем уничтожил 2 танка и 2 орудия, до роты пехоты. Когда снаряды кончились, Мартехов взял на броню автоматчиков и, давя гусеницами противника, пошёл в атаку, попутно передавая по радио координаты для стрельбы артиллерии. 19 ноября рота Мартехова в бою под станицей Клетской первой прорвала вражескую оборону, чем обеспечила успех атаки на всем участке. 26 января Мартеховский КВ первым встретился с войсками 62-й армии Чуйкова в ходе операции «Кольцо».
После победы под Сталинградом ставшую 27-й гвардейской отдельную танковую бригаду передислоцировали в Белгородскую область. Рота под командованием Мартехова в битве на Курской дуге уничтожила с 5 по 12 июля 3 вражеских танка, 6 САУ, 3 миномета, 8 пушек и до батальона пехоты. В бою у села Нижний Ольшанец командирский КВ вырвался вперёд, атакуя противника, но подорвался на мине, потеряв ход. Экипаж, оставшись на нейтральной полосе, продолжил сражаться. Ночью немцы взорвали танк. Все танкисты погибли.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 26 октября 1943 года гвардии старшему лейтенанту Василию Мартехову присвоено звание Героя Советского Союза посмертно. Танкист-ас записал на свой счёт 14 танков, 22 орудия, 19 минометов, 16 автомашин, 7 пулемётных точек и свыше 800 солдат и офицеров противника. Похоронен в братской могиле в селе Вознесеновка Шебекинского района Белгородской области.