Сразу после получения звания морского летчика В.М. Марченко принял активное участие в боевых действиях. В ночь на 14 октября 1915 г. в войну вступила Болгария, открыв боевые действия против Сербии. Сам болгарский флот не представлял большой силы, но в портах Болгарии стали базироваться немецкие подводные лодки, что создавало угрозу для русского Черноморского флота. Маневренные группы русских кораблей в октябре — декабре 1915 г. десять раз выходили к берегам противника, пробыв в море 29 дней. Важную роль в обеспечении их действий играла гидроавиация. Одним из главных объектов, против которого действовал Черноморский флот, значился порт Варна. В рапорте начальнику 2-го корабельного отряда Марченко описал один из рядовых налетов на эту базу. «Доношу Вашему Высокоблагородию, что 14 октября с. г…а вылетел на аппарате № 32…для производства разведки и бомбометания над портом г. Варны.

В 6 часов 15 мин. взлетел и, набирая высоту около эскадры, следил за районом маневрирования флота на случай появления подводных лодок. Взяв 1000 метров, пошел на порт г. Варны, забирая высоту. Приближаясь к Варне, увидел, что в порту г. Варны и по пути подводных лодок и mypeцкux судов нет, а потому пошел дальше, с целью бросать бомбы. Приближаясь, был обстрелян орудийным огнем с батарей у общественного сада, у Еврейского кладбища и Галаты, а также и крейсером „Надеждой“, стоящего в порту… Проходя на высоте 1600 м над крейсером „Надеждой“, бросил в него малую бомбу, но промахнулся. Повернув, пошел над пакгаузом и бросил — поочередно две большие фугасные бомбы, из которых одна упала на полотно железной дороги между вагонами и пакгаузом, вторая упала на мол внутреннего порта рядом со штабелем угля.

Сбросив бомбы, пошел к батареям Галаты, куда сбросил одну малую бомбу, не разорвавшуюся при падении. Попутно авиационный унтер-офицер Демченко снял порт г. Варны… Пройдя над Галатой. повернул к флоту ив 7 ч. 20 мин. селу посыльного судна „Император Николай I“ для передачи донесения. Передав донесение, оторвался и полетел на разведку для охраны флота от подводных лодок, которую окончил в 8 час. 10 мин., после чего был поднят на посыльное судно „Император Николай I“…»[138].

Результаты разведки Марченко признали одними из лучших, и начальник авиации Черноморского флота старший лейтенант И.И. Стаховский ходатайствовал перед командующим флотом о награждении летчика орденом Св. Владимира 4-й степени с мечами и бантом 15 февраля 1916 г. эта награда была высочайше утверждена.

Вместе с боевыми товарищами Рагозиным и Крыгиным Марченко принял участие в бомбардировке порта Зонгулдак 24 января 1916 г. В состав маневренной группы входили линкор «Императрица Мария», крейсер «Кагул», эсминцы «Заветный» и «Завидный», гидроавиатранспорты «Император Александр I» и «Император Николай I» (на обоих было 14 самолетов). Налет проходил в весьма тяжелых условиях, о чем свидетельствовал историк флота Н.В. Новиков: «…условия для бомбардировки были весьма неблагоприятны, так как густые низкие кучевые облака закрывали Зунгулдак сверху и затрудняли летчикам нахождение целей и прицелку. Небольшие „окна“ в облаках лишь на короткий момент позволяли иметь ориентировку, и это обстоятельство в сильной степени отразилось на результатах налета. Попытки снизиться и держаться ниже облаков, на высоте менее 500 м, парализовались энергичным шрапнельным огнем неприятельских батарей, причем около аппаратов рвалось одновременно по несколько шрапнелей, что показывало наличие помимо высоко стоящих на возвышенностях батарей, стрелявших под большим углом возвышения, еще и специальных зенитных орудий».

По вышеуказанным причинам, а также из-за недостатков в организации операции, ее нельзя назвать удачной — только три летчика видели попадания своих бомб; повреждения от бомбардировки оказались незначительными.

Наиболее крупным уроном, нанесенным врагу, можно считать серьезное повреждение (из-за которого транспорт затонул) бомбой угольного транспорта «Ирминград» регистровой вместимостью 7000 брт. Это было самое крупное транспортное судно, потопленное авиацией в Первую мировую войну.

И именно по нему нанес удар Марченко, управлявший летающей лодкой М-5 № 32; вместе с ним в качестве наблюдателя находился прапорщик князь К.А. Лобанов-Ростовский Из рапорта Марченко начальству, опубликованного современным исследователем В. Герасимовым: «… я вылетел на аппарате № 32 24-го января с. г. в 10 часов 22 минуты, имея наблюдателем прапорщика князя Лобанова-Ростовского с целью повредить суда, стоящие за молом гавани Зонгулдак. Забирая высоту, я подошел к Зонгулдаку со стороны Килимли, имея высоту 1500 метров. При моем превышении из-за облаков я заметил разрывы шрапнелей метров на 300 ниже меня, причем одновременно видел до трех разрывов, что дает основание предполагать присутствие зенитных орудий. Проходя над молом, за которым стояло два парохода: один около 1200 тонн и второй около 2000 тонн, наблюдатель князь Лобанов-Ростовский сбросил одну бомбу 50-фунтовую в большой пароход. Бомба попала в него около трубы, и пароход заволокло облаком дыма и угольной пыли. Развернувшись, я прошел вторично над пароходом, причем была сброшена вторая бомба, упавшая около парохода в воду. Попутно делались снимки фотографическим аппаратом, при проявлении неудавшиеся. Считаю долгом донести, что поведение прапорщика князя Лобанова-Ростовского при очень сильном обстреле было безукоризненным, чему и надо приписать удачное попадание первой бомбы.

В 11 часов 9 минут я вернулся к кораблю и сейчас же был поднят на него. Полет происходил при слабом ветре (около 6 метров), низких облаках и продолжался 47 минут»[139]. Весь налет продолжался около часа. Но, как уже упоминалось, нельзя забывать о том, что в этот период морская авиация лишь делала первые шаги. 14 марта 1916 г. Марченко был награжден Георгиевским оружием «…замужество и смелость, проявленные при воздушной бомбардировке Зунгулдака 24 января…под шрапнельным огнем неприятеля…»

В заключение необходимо добавить: менее чем через три недели противник сумел поднять потопленный транспорт, но 17 октября 1916 г. «Ирминград» был потоплен русской подводной лодкой «Нарвал» во второй раз, и навсегда.

Вскоре за участие в охранении транспортов с войсками в течение 14–31 марта 1916 г. Марченко был представлен к ордену Святой Анны 3-й степени с мечами и бантом Как одного из способнейших морских летчиков, Марченко вскоре выдвинули на командную должность, и с 1 октября 1916 по 1 января 1918 г. он командовал гидроавиаотрядами, действовавшими на Румынском фронте. Известно, что с 23 октября 1916 г. по 1 января 1917 г. он командовал 1 — м корабельным отрядом, в январе 1917 г. — 4-м воздушным отрядом Черноморской воздушной дивизии, в июне того же года — 8-м воздушным отрядом К концу войны Марченко возглавлял 13-й истребительный авиаотряд Черноморского флота.

После трагических событий 1917 г. Всеволод Михайлович Марченко оказался не у дел. Еще при Временном правительстве его произвели в чин старшего лейтенанта (со старшинством с 28 июля 1917 г.), но сей факт был объявлен в приказе по Морскому ведомству Украины № 97 от 3 июня 1918 г. Дело в том, что в этот период черноморская морская авиация находилась в распоряжении Украины.

Самого Марченко в этот период на Черном море не было: в марте 1918 г. он оказался в Токио, где морской агент в Японии и Китае контр-адмирал Б.П. Дудоров выдал ему удостоверение, подтверждающее службу в Русском флоте, и направил летчика в Америку для поступления на военную службу волонтером. Такой путь продолжения борьбы с немцами избрал для себя целый ряд офицеров флота (кстати, в этот же период вице-адмирал Колчак собирался поступить волонтером в английскую армию).

Но в Америку Марченко не поехал, избрав местом дальнейшего пребывания Харбин, в котором проживал до конца октября 1918 г. В этот же период (февраль — март) в Китае находился и вице-адмирал Колчак, пытавшийся формировать антибольшевистские вооруженные силы в полосе отчуждения КВЖД. Поэтому можно предположить, что Колчак и Марченко встречались.