Только в октябре 1943 года он был призван в Красную Армию. Прошел двухмесячную военную подготовку, в действующей армии с декабря 1943 года, затем был зачислен разведчиком 681-го стрелкового полка 133-й стрелковой дивизии. Воевал на 2-м Украинском фронте.
Особо отличился рядовой Трофимов в наступательных боях в марте 1944 года: за период с 8 по 20 марта привел 25 пленных " языков". В ночь на 24 марта 1944 года Федор Трофимов с группой разведчиков первым преодолел р. Днестр в р-не с. Липчаны (Могилев-Подольский р-н Винницкой обл.) и захватил плацдарм. В бою уничтожил 20 немецких солдат. 28 марта 1944 в бою за д.Медвежа (Бричанский р-н, Республика Молдова) с группой разведчиков отразил 8 контратак врага. За эти бои красноармеец Трофимов представлен к присвоению звания Герой Советского Союза.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 13 сентября 1944 года за образцовое выполнение заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом отвагу и геройство красноармейцу Трофимову Фёдору Леонтьевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
Трофимов Ф.Л. принимал участие в разгроме Ясско-Кишиневской группировки, освобождал Румынию. В мае 1944 года при выполнении боевого задания в Румынии он получил тяжелое ранение.
После госпиталя Федор Леонтьевич был направлен в 129-й линейный батальон связи, командиром отделения. В 1945 году участвовал в выводе из окружения десанта союзников, награжден высшей военной наградой США - крестом «За выдающиеся заслуги». День Победы встретил в Чехословакии.
Фронтовая судьба разведчика Трофимова была трудной и опасной. Сын Федора Леонтьевича - Владимир Федорович вспоминает рассказы отца: "Иногда, за сутки по заданию командования приходилось "ходить в разведку" до пяти раз. Но результаты Федора Леонтьевича впечатляют: с 1943 по 1945 гг. им было захвачено 187 "языков".
Всего за годы Великой Отечественной войны Ф.Л. Трофимов был ранен пять раз, но всегда возвращался в строй. После окончания боевых действий летом 1945 года участвовал в операциях против «бандеровцев» в Западной Украине. В июле 1945 года старший сержант Трофимов уволен в запас.
После войны Трофимов Ф.Л. поступил в Московский механический институт Наркомата боеприпасов, а в октябре 1945 года перевелся в Томский политехнический институт. К сожалению, последствия ранений не дали закончить учебу.
"Жили трудно. Работали, мечтали о завтрашнем дне, радовались, что окончилась война, скорбели о погибших фронтовых друзьях и родных" - три брата Федора Леонтьевича сложили свои головы на полях сражений...
С 1949 года судьба Ф.Л.Трофимова и его семьи прочными нитями связана с нашим городом. С этого времени и до последних дней жил в городе Северск. Работал в должности начальника технического снабжения УПП "Химстрой". Работал добросовестно, ответственно. Война сделала его прямолинейным, неуступчивым, строгим по отношению к людям и, прежде всего, к себе, своим делам. Был беззаветно предан работе, мог в любое время, хоть ночью, выехать на работу по необходимости", - рассказывает Владимир Федорович от отце .
Тридцать лет Федор Леонтьевич проработал на предприятии «Химстрой», тридцать лет добросовестного и честного труда. Был награжден медалью "За трудовую доблесть. В ознаменование 100-летия со дня рождения В.И.Ленина". Весной 1979 года ушел на заслуженный отдых. Уважаемый в городе человек, ветеран - герой войны он часто встречался с школьниками, рассказывал им о своей фронтовой юности и нелегкой жизни. Но фронтовые ранения все чаще давали о себе знать болезнями...
Скончался Федор Леонтьевич в ноябре 1993 года. Похоронен в городе Северске на Аллее Почета Северского городского кладбища.
Награжден орденами Ленина, Красного Знамени, Отечественной войны 1-й и 2-й степеней, Красной Звезды, медалями: «За отвагу», иностранной наградой - крестом «За выдающиеся заслуги» (США, 1945). Почётный гражданин города Северска.
В городе Северске, на доме № 2 по улице Ленина, где проживал Герой Советского Союза, установлена мемориальная доска.
