Вадим Иванович Фадеев родился 25 декабря 1917 года в селе Федькино Тереньгульского района Ульяновской области в семье учителей. Жил в Куйбышеве, где закончил 3 курса строительного института и аэроклуб, где после работал инструктором.
Вадим Фадеев был высокого роста и крепкого телосложения. На фронте ему выписали персональный двойной паёк. По свидетельствам современников, он был весёлым и общительным, хорошо играл на гитаре, пел, читал стихи. Ради шутки он отрастил себе длинную бороду, за что получил свой позывной «Борода».
27 ноября 1941 года лётчик 446-го смешанного авиаполка, Фадеев в районе села Большие Салы к северо-западу от Ростова во время нанесения атаки на позиции врага был сбит артиллерией. Смог «дотянуть» до своих позиций, добился встречи с командиром дивизии, доложил ему о замеченных силах немцев и настоял на нанесении ударов по ним. В боевых порядках пехоты лично участвовал в успешной атаке на высоту «Пять братьев». За инициативу, находчивость, мужество и героизм по представлению командования наземными войсками старший сержант Вадим Фадеев был награжден орденом Красного Знамени. Тогда же ему было присвоено внеочередное воинское звание «лейтенант».
В 1943 году после ранения и из-за конфликта с командиром полка Фадеев был переведён в тыл. После этого он попал в 16-й гвардейский истребительный полк к А. И. Покрышкину, где стал командиром эскадрильи. Проявил себя не только как сильный воздушный боец, но и как грамотный, изобретательный тактик:
К концу апреля 1943 года капитан Фадеев совершил 394 боевых вылета, провёл 43 воздушных боя и лично сбил 17 самолётов противника и 3 в группе. Итог: 20 сбитых самолетов противника.
Незадолго до гибели были направлены документы на присвоение ему звания Героя Советского Союза.
5 мая 1943 года выполняя задание на прикрытие своих войск в районе станицы Крымская на самолёте P-39 оторвался от звена Александра Покрышкина и был замечен группой Ме-109. Пара рассыпалась и завязался бой. Фадеев был ранен и потянул домой. Его ведомый, Андрей Труд, не мог оторваться от Ме-109 и не смог обеспечить прикрытие ведущего. Фадеев смог посадить самолёт в плавнях реки Адагум, но скончался от потери крови. Его тело нашли только 11 июля.
24 мая 1943 года Указом Президиума Верховного Совета СССР за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте и проявленные при этом отвагу и геройство гвардии капитану Фадееву Вадиму Ивановичу было присвоено звание Героя Советского Союза посмертно.
Похоронен в центральном парке села Киевское Крымского района Краснодарского края.
Награждён орденом Ленина, двумя орденами Красного Знамени.
В честь В. И. Фадеева названы улицы в городе Самаре, Севастополе и в селе Киевское. В Самаре установлены две мемориальные доски: на доме, где жил Фадеев (ул. Галактионовская, 38) и на улице его имени (ул. Фадеева, 56А).
В Краснодарском крае, в семи километрах от станицы Варениковская, по трассе на Анапу есть посёлок Фадеево, названный в честь Фадева Вадима Ивановича. В посёлке установлен памятник Фадееву В. И.