В войну с фашистской Германией сержант Фаддеев вступил 19 сентября 1941 года в составе 446-го иап. Особенно отличился Вадим Иванович, будучи уже в составе 131-го иап, во время ноябрьских боев на Ростовском направлении, где он выполнил 14 боевых вылетов на поле боя, из них 10 – на штурмовку. 27 ноября его самолет был подбит, но Фаддеев выполнил посадку на линии огня и немедленно предупредил наземные войска КА о месте расположения войск противника, о возможности продвинуться вперед и занять выгодную высоту «Пять братьев».

Командир 131-го иап майор Давыдков за «проявленное мужество, отвагу и геройство по разгрому и уничтожению германских войск» в Ростовской наступательной операции представил ряд своих подчиненных к награждению правительственными наградами СССР. В числе пилотов, награжденных орденом Красного Знамени приказом по войскам Южного фронта № 065/н от 23 декабря 1941 года, значится и сержант Фадеев Вадим Иванович. Это была первая его боевая награда.

Ведомым Фаддеева в последнем вылете был его постоянный напарник гвардии лейтенант Труд. В пылу воздушного боя он не смог уследить за энергичными эволюциями своего ведущего, потерял его из виду, чем не преминули воспользоваться немецкие «эксперты», взявшие одинокую «Аэрокобру» (P-39D-2 № 41-38428) с бортовым номером 37 в клещи, из которых он не смог вырваться живым. Фаддеев, как и его однополчанин гвардии лейтенант Коваль, не дожил до опубликования Указа ПВС СССР в печати. 24 мая 1943 года ему и Дмитрию Ивановичу Ковалю было присвоено звание Героя Советского Союза, получилось, что обоим – посмертно.

О месте гибели Вадима Ивановича Фаддеева его друзья-однополчане не узнали. Н.И. Уманский в письме А.В. Тимофееву вспоминал (Александр Покрышкин. Глава 11. Вадим Фадеев – волжский бунтарь // Тимофеев А.В. Покрышкин):

«Этот пиратский воздушный бой из-за облачной засады я визуально наблюдал с КП армии. Вы бы видели, с какой жестокостью они на него накинулись! Этот бой продолжался пять-шесть минут. Три немецких самолета горели, но и самолет Фадеева отвалил в сторону со снижением, все это происходило в районе Абинской – Крымской. Фадеев был тяжело ранен и все же держал курс к станице Поповической, к своему аэродрому…

Фадеев посадил свою «Аэрокобру», не выпуская шасси, возле озера в сорока километрах от станицы Славянская, в камышах. Когда я был на месте его вынужденной посадки и гибели, он уже был захоронен. Это было примерно 10–11 мая, приехал я с двумя старшими офицерами штаба армии, добраться туда действительно было тяжело, все еще было заминировано, окопы, рвы, различные оборонные сооружения, озера и болота.

На месте нам сообщили зенитчики ПВО, что летчик после посадки был еще некоторое время жив, примерно час-полтора, но без сознания и вскоре скончался. Его тело истязали комары, таких я в жизни никогда и нигде не видел – по размеру как осы. Зенитчики нашли Фадеева и похоронили. Я лично осматривал самолет, кабина была разбита, вся в крови. Удар пришелся на переднюю часть самолета, были изуродованы приборы и прицел. Могила была очень маленькая, на досточке надпись «Летчик Фадеев В.И. погиб 5 мая 1943 года» и звездочка, вот и все.

Те офицеры, с которыми я ездил на это место, всех спрашивали, все записывали, вели разговоры с офицерами, которые захоронили Фадеева, сделали фото самолета и могилы.

И.М. Дзусов, дежуривший на КП армии, сообщил в полк о взорвавшемся нашем самолете. Вы можете себе представить, что остается от самолета и летчика после удара о землю и взрыва? Но ведомый Фадеева Андрей Труд этого не подтвердил. В действительности взорвался самолет Як-3 из корпуса Савицкого, именно на том месте, где говорил Дзусов, это было установлено проверкой позже, а Фадеев посадил свою «Аэрокобру», будучи тяжело раненным, с разбитой головой и грудью… Почему об этом не узнали в полку, мне неизвестно».