瓦图京生于俄罗斯帝国沃罗涅日省切普希诺镇（今别尔哥罗德州）。1920年参加红军，1921年加入苏联共产党，先后在波尔塔瓦步兵学校、基辅高级联合军事学校、伏龙芝军事学院、总参军事学院受训，在部队中历任排长、连长、师参谋长、军区参谋长、方面军司令、副总参谋长等职，1943年获大将军衔。他被称为"闪电将军"和"小土星"，是第二次世界大战中与朱可夫、崔可夫等一样优秀的将领。 他的主要表现是在苏德战争期间。 他很早就担任了副总参谋长（华西列夫斯基那时还只是总参谋部作战部副部长）。1941年6月30日起任西北方面军参谋长，亲自率领在诺夫哥罗德作战的战役军队集群，积极参加了该城保卫战。苏军在其指挥下对德国曼施坦因将军的坦克军实施了数次反突击。1942年5—7月再任副总参谋长，作为最高统帅部大本营的代表在布良斯克方面军做了大量工作。此后主动请缨，于1942年7月12日任沃罗涅日方面军司令，指挥该方面军部队成功地抵御了沃罗涅日方向的优势之敌。斯大林格勒战役时，任西南方面军司令，参加了斯大林格勒进攻战役计划的制定工作，在顿河方面军右翼部队的积极支援下，于1942年11月成功实施了向卡拉奇方向的向心突击，完成了对德军第6集团军（司令员：保卢斯上将）主要集团的合围。该方面军部队在其指挥下与沃罗涅日方面军左翼部队协同，在1942年12月实施了“小土星”战役。 在歼灭了德第6集团军后，苏军继续向前进攻，瓦图京的西南方面军配合沃罗涅日方面军在1943年2月收复了哈尔科夫。但瓦图京此后错误地判断了形势，把德国各装甲军的调动当成了向第聂伯河撤退的开始。在错误的判断下，瓦图京向斯大林请求继续发动进攻。由于得意忘形而越过了进攻的顶点，随即被德国曼施坦因元帅发动的哈尔科夫反击战役重创，只是由于原总参谋部朱可夫、华西列夫斯基等上级的庇护，把罪责推到友邻部队身上才没有被撤职，倒是责任较轻的友邻沃罗涅日方面军司令戈利科夫被调回大本营，从此打入冷宫不得翻身。 1943年3月瓦图京再次担任沃罗涅日方面军司令并晋升大将。提出1943年夏季作战小迂回方案，如果实施正中曼施泰因的陷阱，幸运的是他的计划被否决。率方面军部队于1943年夏季在库尔斯克战役弧形地带防御交战期间，他的部队正面被突破近35公里（友邻罗科索夫斯基的苏联中央方面军只被突破了12公里），靠大本营及时调动草原方面军科涅夫的坦克第5集团军罗特米斯特洛夫部以及扎多夫的近卫第5集团军拼死抵抗才撑了下来。由于后备力量的不断补充，他在反攻过程中顺利完成了突破敌纵深梯次防御的任务。 库尔斯克战役后，瓦图京指挥沃罗涅日方面军(10月起改为乌克兰第1方面军)部队参加了第聂伯河战役，在靠不正当手段把罗科索夫斯基挤出攻占基辅的荣誉后，在日托米尔遭到曼施泰因的又一次锐利反击，全军一片混乱，恼怒的斯大林命令罗科索夫斯基到他的司令部去教他怎么打仗，大本营代表朱可夫也认为他给自己丢了脸，骂他离开自己什么都干不成，只配当个参谋（参加日托米尔—别尔季切夫战役）。1944年1—2月，瓦图京的乌克兰第1方面军部队与科涅夫的乌克兰第2方面军协同作战，在科尔孙－舍夫琴科夫斯基战役（德国称为切尔卡瑟战役）地域合围了德军2个军。但他包围不严，居然被合围德军从他的防线突出了重围，多亏科涅夫主动越过了两军分界线才再次合围德军，斯大林为了奖励科涅夫，命令科涅夫全权负责围歼合围圈内的敌军并把原属于瓦图京的第27集团军转隶给科涅夫（第27集团军的补给仍然由乌克兰第1方面军负责）。瓦图京对此非常不满，向协调两个方面军的朱可夫抱怨，埋怨之情溢于言表。 1944年2月29日在罗夫诺州奥斯特罗赫区遭乌克兰民族主义组织乌克兰反抗军伏击，受重伤。3月，乌克兰第1方面军司令一职由格奥尔基·康斯坦丁诺维奇·朱可夫接替。瓦图京的两位兄弟在2月和3月的战斗中被杀，瓦图京自己也于4月15日在医院里去世，被给予国葬，葬于基辅。

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