Він - автор понад 100 наукових робіт, серед яких - 7 монографій. У 1951 р. він захистив докторську дисертацію, а в 1952 - вже став професором Харківського університету.

В 1961 р. В.О.Марченко переходить в щойно створений Фізико-технічний інститут низьких температур, де бере активну участь в організації Математичного відділення, в якому запроваджувалося широке коло фундаментальних та прикладних досліджень.

Паралельно він продовжував, аж до 1966 р., педагогічну діяльність в університеті, яку розпочав з 1945 р. Численні покоління студентів можуть похвастати, що слухали глибокі та цікаві лекції "самого" Марченка.

В університеті і в інституті В.О.Марченко виховав понад два десятки кандидатів і докторів наук.

Виступи його на численних наукових конференціях у багатьох країнах світу завжди викликали величезний інтерес учасників і утверджували авторітет української науки.

В.О.Марченко завжди займав активну позицію у вирішуванні соціальних і громадських питань. Інтенсивно займався проблемами шкільної освіти, довгі роки був Президентом Харківського математичного товариства, редактором і членом редколегій багатьох вітчизняних та зарубіжних математичних журналів, його багато разів обирали народним депутатом різних рівнів. Й до цього часу він бере участь у прогнозуванні і формуванні перспектив Харкова як інтелектуального центру.