Василий Мартехов родился 1 апреля 1917 года в семье шахтёра-эмигранта из России. В 1921 году семья вернулась на родину его отца — в Белоруссию. С 1939 года жил в Алма-Ате.
Член ВКП(б) с 1940 года. В 1939 году был призван в Красную Армию, в 1941 году окончил Харьковское танковое училище. С июля 1941 года участвовал в боях Великой Отечественной войны. Служил в танковых частях на Дальнем Востоке. В сентябре был тяжело ранен, но вскоре вернулся на фронт.
Участвовал в боях под Сталинградом. На станции Морозовка в составе группы из 5-ти танков ворвался на немецкий аэродром и в упор расстреливал самолёты противника. 19 ноября 1942 года его рота после быстрой атаки смогла первой ворваться в расположение обороны противника. 26 января 1943 года Мартехов первым на своем танке соединился с танкистами 62-й армии.
Участник сражения на Курской дуге под Белгородом. С 5 по 12 июля 1943 года танковая рота под его командованием в боях в Шебекинском районе Белгородской области уничтожила 3 танка, 6 самоходных артиллерийских установок, 3 миномёта, 8 пушек и 300 солдат и офицеров противника.
Погиб 12 июля 1943 года у деревни Вознесеновки, нарвавшись на засаду и вступив в бой с несколькими танками противника. Был похоронен на поле боя, позднее его прах был перенесён в братскую могилу в селе Вознесеновка.
На боевом счету Василия Мартехова числилось 14 уничтоженных танков, 22 орудия, 19 минометов, 16 автомашин, 7 пулемётных точек и свыше 800 солдат и офицеров противника.