В январе 1943 года Маркелов был призван на службу в Рабоче-крестьянскую Красную Армию. С июня того же года — на фронтах Великой Отечественной войны.

К июню 1944 года гвардии красноармеец Владимир Маркелов был автоматчиком 300-го гвардейского стрелкового полка 99-й гвардейской стрелковой дивизии 7-й армии Карельского фронта. Отличился во время форсирования Свири. 21 июня 1944 года вместе с пятнадцатью товарищами он участвовал в проведении фальшивого десанта с использованием чучел. Действия группы позволили обнаружить месторасположение немецкой огневой системы и подавить её.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 июля 1944 года за «мужество и героизм, проявленные в боях» гвардии красноармеец Владимир Маркелов был удостоен высокого звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

После окончания войны Маркелов продолжил службу в Советской Армии. В 1960 году он окончил Военно-политическую академию имени В. И. Ленина. Преподавал в различных средних и высших военных учебных заведениях. В январе [1986 год]а в звании полковника Маркелов вышел в отставку.