Родился 11 февраля 1920 года в деревне Тенёво.

  В Красной Армии с февраля 1939 года. В 1940 году окончил Качинскую военную авиационную школу лётчиков.

   Участник Великой Отечественной войны с 22 июня 1941 года. В июне 1941 — январе 1943 — лётчик, командир звена, заместитель командира авиаэскадрильи 88-го истребительного авиационного полка.

  Сражался на Южном, Центральном и 1-м Белорусском фронтах. Участвовал в оборонительных боях на юге Украины, в Сталинградской и Курской битвах, освобождении Белоруссии и Польши, в Берлинской операции. Был дважды ранен (23 августа и 21 октября 1941 года). За время войны совершил 641 боевой вылет на истребителях И-16, Як-1, Як-9 и Р-39 «Аэрокобра», участвовал в 233 воздушных боях, сбил лично 9 и в составе группы 11 самолётов противника (по другим сведениям — 19 и 7 соответственно).

   За мужество и героизм, проявленные в боях, Указом Президиума Верховного Совета СССР от 15 мая 1946 года майору Батяеву Василию Сергеевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» .

   После войны продолжал службу в строевых частях ВВС.

Умер 28 мая 1970 года. Похоронен  в г.Харькове.