Родился 11 февраля 1920 года в деревне Тенёво (ныне Вадинского района Пензенской области) в семье крестьянина. Русский. С начала 1930-х годов жил в городе Сталиногорск (ныне — Новомосковск Тульской области). В 1936 году окончил 8 классов школы. Работал электромонтёром на Сталиногорском химическом комбинате. В 1938 году окончил Сталиногорский аэроклуб (обучался под руководством Бориса Карасёва).
В РККА с февраля 1939 года. В 1940 году окончил Качинскую военную авиационную школу лётчиков. Служил в строевых частях ВВС (в Киевском военном округе).
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.
В конце июля 1941 года Пётр Середа в паре со старшим лётчиком В. С. Батяевым вылетели на штурмовку войск противника в районе Корсуня. Наткнувшись на четвёрку Ме-109, лётчики решили вступить в бой. В результате неравного боя, лётчики сбили 2 истребителя противника, а двое оставшихся вышли из боя.
В начале сентября 1942 года отличился в районе станицы Вознесенская на Северном Кавказе. В бою над Тереком В. С. Батяев записал на свой боевой счёт 4-й самолёт противника.
В 1943 году окончил Липецкие курсы усовершенствования офицерского состава. В июле 1943 — мае 1945 — командир авиаэскадрильи 53-го гвардейского 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» (№ 6204).
После войны продолжал службу в строевых частях ВВС (в Группе советских войск в Германии и Прибалтийском военном округе), был штурманом и заместителем командира авиаполка по лётной части. В 1948 году окончил Липецкие высшие офицерские лётно-тактические курсы, в 1954 году — Военно-воздушную академию (Монино). Продолжал службу в авиации ПВО. В 1954—1956 — начальник цикла тактики Центральных курсов усовершенствования ПВО, с 1956 — начальник отдела боевой подготовки авиакорпуса ПВО. С 1961 года полковник В. С. Батяев — в запасе.
Жил в городе Харьков (Украина). Работал начальником отдела технического контроля на заводе.
Умер 28 мая 1970 года. Похоронен на кладбище № 2 в Харькове.
Всего сбитых самолётов — 26 (9 + 11); боевых вылетов — 641; воздушных боёв — 233:
В 2010 году на здании средней школы села Большая Лука Вадинского района Пензенской области открыта мемориальная доска с именем В. С. Батяева.