Фактически в руках Марченко оказалось управление всей немногочисленной гидроавиацией, имевшейся в распоряжении Морского министерства правительства адмирала Колчака. Главной задачей морской авиации стала разведка. Поскольку морская авиация действовала совместно с кораблями Речной боевой флотилии (Камской) и Обь-Иртышской речной боевой флотилии, для базирования самолетов в составе флотилии на Каме оборудовали гидроавиабаржу «Данилиха», служившую в качестве «плавучего ангара» для четырех машин. Но морской авиации так и не удалось принять участия в боях, а гидроавиабаржу впоследствии захватили части Красной армии.
На Оби и Иртыше базой для гидроавиации служил теплоход «Игорь»; ей также придавались катера «Альфа» и «№ 1». О состоянии морской авиации бывший морской министр колчаковского правительства контр-адмирал М.И. Смирнов говорил: «
В июне 1919 г. Марченко выступил на фронт во главе 1-го гидроотряда Красноярской гидроавиационной станции. В Сибири гидросамолеты занимались преимущественно разведкой. После уничтожение большинства кораблей Речной боевой флотилии в окрестностях Перми авиаторы отступили в Екатеринбург, а позднее прибыли обратно в Красноярск. Приказом Верховного правителя от 2 сентября 1919 г. старшему лейтенанту Марченко объявлялась благодарность «
В начале января 1919 г. Марченко смог покинуть Иркутск в составе небольшой группы морских офицеров, уходившей во главе с контр-адмиралом Смирновым. Затем, скорее всего, он оказался в Харбине, после чего решил продолжить участие в Белой борьбе, но уже в Крыму. По данным историка русского флота А.В. Плотто, Марченко эвакуировался из Крыма на транспорте-мастерской «Кронштадт», вахтенным начальником которой значился его друг и сослуживец Рагозин. Когда именно Марченко оказался в Крыму, успел ли он принять участие в боевых действиях — неизвестно. К апрелю 1921 г. Марченко уже находился в эмиграции в Королевстве Сербов, Хорватов и Словенцев. В это же время он женился, и впоследствии его сын (по некоторым данным — приемный) Игорь продолжил дело отца, поступив в авиационную школу в Испании.
Будучи в эмиграции, Марченко не захотел расставаться с летной специальностью. Два года он служил в югославской авиации, но по примеру товарищей Рагозина и Крыгина в 1922 г. поступил на испанскую службу. В испанских источниках, как и другие русские эмигранты, он фигурирует под двойной фамилией, — Марченко-Ларинов. Около года Марченко прослужил в должности инструктора гидроавиации в той же самой школе, где до него служил Рагозин. До 1927 г. Марченко служил в Марокко, в том же году получил испанское гражданство. В дальнейшем, до 1931 г., он преподавал в школе пилотов гражданской авиации, расположенной в провинции Альбасьете, где вначале был преподавателем, а вплоть до 1934 г. являлся директором школы и аэродрома Бараяс. В 1935 г. Марченко прошел курс обучения ночным полетам в Германии. Затем Марченко перешел работать пилотом на гражданские авиалинии на маршруты Мадрид — Париж и Мадрид — Берлин. После выступления генерала Франко Марченко отстранили от полетов и арестовали, но вскоре с помощью французского посольства ему удалось перебраться во Францию, в Байонну. Оттуда за собственный счет он отправился обратно в Испанию, на подконтрольную франкистам территорию.