С июня 1932 года В. Ф. Орлов студент Ленинградского индустриального института. С ноября 1933 года по ноябрь 1937 года проходил обучение в Военной академии механизации и моторизации РККА имени И. В. Сталина. После окончания академии работал на Ленинградском авторемонтном заводе начальником цеха, затем техническим директором. С июля 1939 года главный техник, механик и главный инженер Ленинградского государственного механического завода.
В начале Великой Отечественной войны В. Ф. Орлов в должности командира отдельного батальона тяжёлых танков участвовал в боях в районе Невской Дубровки, был ранен. С октября заместитель командира, а с ноября 1941 года командир 107-го танкового полка в составе 8-й армии Ленинградского фронта. В мае 1942 года назначен командиром 119-й танковой бригады. Отличился в боях под Ржевом. В наградном листе указано[2]:
25.8.42 года т. ОРЛОВ личным примером, героизмом и бесстрашием увлёк за собой взаимодействующую с бригадой пехоту, высадил десант в тыл обороны противника и захватил главный узел сопротивления немцев — ГАЛАХОВО и ТИМОФЕЕВО.
14 марта 1945 года командир 6-го гвардейского мехкорпуса гвардии полковник В. Ф. Орлов в торжественной обстановке получил от командующего 4-й гвардейской танковой армиейгенерал-полковникаД. Д. Лелюшенкотанк Т-34, построенный с разрешения Верховного Главнокомандующего на средства матери комкора Марии Иосифовны Орловой и сразу же получивший от танкистов название «Мать-Родина». Танк был передан лучшему экипажу 126-го танкового полка 17-й гвардейской мехбригады в составе: командир танка младший лейтенант М. П. Кашников, командир орудия сержант Анферов, механик-водитель сержант Остапенко, радист-пулемётчик сержант Левченко, заряжающий сержант Коробейников (по другим данным командир танка П. М. Кашников, механик-водитель В. Н. Чепик, командир орудия П. Ф. Балакшей, заряжающий В. С. Кириенко, радист-пулемётчик И. М. Левченко).
В письме на имя Марии Иосифовны танкисты экипажа танка «Мать-Родина» дали клятву оправдать оказанное им доверие и сдержали её. Экипаж танка «Мать-Родина» участвовал в Верхне-Силезской (март 1945 года) и Берлинской (16 апреля — 2 мая 1945 года) наступательных операциях, уничтожил 17 танков и самоходных орудий, 2 бронетранспортёра и 18 автомашин, истребил более двух рот живой силы противника. Само название «Мать-Родина», которое ему присвоили боевые товарищи В. Ф. Орлова, танк получил в честь Марии Иосифовны Орловой.
17 марта[1] 1945 года в бою в районе города Оппельн Василий Фёдорович Орлов был тяжело ранен[1][3] и на следующий день[4] скончался (по другим данным умер 19 марта[1]).
По приказу Маршала Советского Союза И. С. Конева гроб с телом гвардии полковника Орлова был доставлен в Москву. В. Ф. Орлов похоронен на Новодевичьем кладбище (участок 4, ряд 17).
6 апреля 1945 года указом Президиума Верховного Совета СССР за умелое командование частями мехкорпуса, образцовое выполнение боевых заданий командования и проявленные при этом геройство и мужество гвардии полковнику Орлову Василию Фёдоровичу посмертно присвоено звание Героя Советского Союза[5].
В 2009 году именем Василия Фёдоровича Орлова названа школа № 237 города Москвы.
В 1983 году одна из школ берлинского района Райсензее добилась права носить имя Героя Советского Союза командира 6-го гвардейского механизированного корпуса гвардии полковника Василия Федоровича Орлова.
В 1985 году ЦСДФ создала документальный фильм «Солдаты Орловы» (режиссёр Р. П. Сергиенко), который повествует о легендарной судьбе членов семьи В. Ф. Орлова, которые в годы Гражданской и Великой Отечественной войн показали пример беззаветной преданности своей Родине.
14 ноября 1985 года Ватутинское среднее профессионально-техническое училище № 2 получило почётное наименование «имени Героя Советского Союза В. Ф. Орлова»[9]
В 1986 году на экраны вышел снятый на киностудии имени М. Горького художественный фильм «Говорит Москва!», в котором режиссёры Ю. Григорьев и Р. Григорьева (она же автор сценария) языком кино рассказали о жизни, любви и героической гибели Василия Орлова.
Житенев В. В. Их имена венчает слава. Очерки. 1985.
Герои Советского Союза: Краткий биографический словарь / Пред. ред. коллегии И. Н. Шкадов. — М.: Воениздат, 1988. — Т. 2 /Любов — Ящук/. — 863 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-203-00536-2.
Лелюшенко Д. Д. Москва-Сталинград-Берлин-Прага. — М.: Наука 1987.
Зайцев В. И. Гвардейская танковая. — Свердловск: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1989. — 192 с. Тираж 15000 экз.
Журнал боевых действий 17 гв. мбр. ЦАМО, ф. 3332, оп. 1, д. 2, л. 54.
Документальный фильм «Солдаты Орловы». ЦСДФ, Москва, 1985 г.
Коллектив авторов. Великая Отечественная: Комкоры. Военный биографический словарь. — М.; Жуковский: Кучково поле, 2006. — Т. 2. — 464 с. — ISBN 5-901679-08-3.