Сразу после получения звания морского летчика В.М. Марченко принял активное участие в боевых действиях. В ночь на 14 октября 1915 г. в войну вступила Болгария, открыв боевые действия против Сербии. Сам болгарский флот не представлял большой силы, но в портах Болгарии стали базироваться немецкие подводные лодки, что создавало угрозу для русского Черноморского флота. Маневренные группы русских кораблей в октябре — декабре 1915 г. десять раз выходили к берегам противника, пробыв в море 29 дней. Важную роль в обеспечении их действий играла гидроавиация. Одним из главных объектов, против которого действовал Черноморский флот, значился порт Варна. В рапорте начальнику 2-го корабельного отряда Марченко описал один из рядовых налетов на эту базу. «Доношу Вашему Высокоблагородию, что 14 октября с. г…а вылетел на аппарате № 32…для производства разведки и бомбометания над портом г. Варны.
В 6 часов 15 мин. взлетел и, набирая высоту около эскадры, следил за районом маневрирования флота на случай появления подводных лодок. Взяв 1000 метров, пошел на порт г. Варны, забирая высоту. Приближаясь к Варне, увидел, что в порту г. Варны и по пути подводных лодок и mypeцкux судов нет, а потому пошел дальше, с целью бросать бомбы. Приближаясь, был обстрелян орудийным огнем с батарей у общественного сада, у Еврейского кладбища и Галаты, а также и крейсером „Надеждой“, стоящего в порту… Проходя на высоте 1600 м над крейсером „Надеждой“, бросил в него малую бомбу, но промахнулся. Повернув, пошел над пакгаузом и бросил — поочередно две большие фугасные бомбы, из которых одна упала на полотно железной дороги между вагонами и пакгаузом, вторая упала на мол внутреннего порта рядом со штабелем угля.
Сбросив бомбы, пошел к батареям Галаты, куда сбросил одну малую бомбу, не разорвавшуюся при падении. Попутно авиационный унтер-офицер Демченко снял порт г. Варны… Пройдя над Галатой. повернул к флоту ив 7 ч. 20 мин. селу посыльного судна „Император Николай I“ для передачи донесения. Передав донесение, оторвался и полетел на разведку для охраны флота от подводных лодок, которую окончил в 8 час. 10 мин., после чего был поднят на посыльное судно „Император Николай I“…
»[138].Результаты разведки Марченко признали одними из лучших, и начальник авиации Черноморского флота старший лейтенант И.И. Стаховский ходатайствовал перед командующим флотом о награждении летчика орденом Св. Владимира 4-й степени с мечами и бантом 15 февраля 1916 г. эта награда была высочайше утверждена.