Szegényparaszti családban született 1901. december 16-án, Voronyezsben. Tizenéves vöröskatonaként Sztarobelszk és Luganszk környékén harcolt Mahno erői ellen a polgárháborúban. 1922-ben Poltavában elvégezte a tisztiiskolát, 1929-ben pedig lediplomá- zott a Frunze Katonai Akadémián. Tanárai nagyra becsülték és fényes karriert jósoltak neki. Pályafutása jól is indult; rövid időn belül vezérkarhoz került.

1938-1940-ben Zsukov helyettese, majd törzsfőnöke volt a Kijevi Különleges Katonai Körzetben, majd 1941 elején már a vezérkari főnök helyettese. Zsukovnak a barátja volt, de Sztálin nem kedvelte. Az 1941-es né- met támadás után Leningrád védelmében vett részt. 1942 tavaszán visszahívták Moszkvába, a vezérkar- hoz, amelyet ekkor már Saposnyikov irányított.

Első fontos frontparancsnoki megbízatását ugyanebben az évben kapta, amikor is a voronyezsi front élére került. A sztálingrádi csata idején az átszervezett délnyugati front parancsnoka, 1943. február 12-én hadseregtábornokká léptették elő.

1943 tavaszától ismét a voronyezsi frontot (1943 októberétől 1. Ukrán Front) irányította. A kurszki ütközetben előbb megállította Manstein támadását, majd a szovjet ellentámadás során visszafoglalta Harkovot. Részt vett a Dnyeperért folytatott harcban ott volt Kijev felszabadításánál, majd a Jobb parti Ukrajna felszabadítására vezette csapatait.

Karrierje csúcsán, 1944. február 29-én a Rovno felszabadítására indított hadművelet so- rán törzskari tisztjeivel együtt ukrán nacionalisták csapdába csalták és megsebesítették. Kéthónapnyi sikertelen kijevi ápolás* után 1944. április 14-én meghalt. Utódja az 1 Ukrán Front élén Zsukov lett. Korai halálával egyik legjobb tábornokát veszítette el a Vörös Hadesereg. A modern hadtudomány kiemeli kivételes stratégiai-operatív képességeit, és a második világháború egyik legkiválóbb és legmerészebb parancsnokának tartja.

*A kijevi kórházba szállították, ahol hosszú szenvedés után meghalt. Kezelőorvosa, Nyikolaj Nilovics Burgyenko, a Vörös Hadsereg törzsorvosa volt. Beszállításakor Vatutyin még nem volt különösebben rossz bőrben. Gyógykezelést kapott, ám állapota fokozatosan rosszabbra fordult. Az orvosi csapat eleinte maláriájának kiújulására gyanakodott, mivel Vatutyin a fronton egyszer már átesett ezen a betegségen. Végül kiderült, hogy a lőtt sebe fertőződött el. A főorvos penicillint kívánt alkalmazni. Az orvosok véleménye szerint megfelelő adagolás mellett ez teljesen visszafordíthatta volna a betegséget. Ám ezekben az időben ezt a gyógymódot csak Sztálin beleegyezésével lehetett volna alkalmazni, de ő ellenezte ezt. Sztálin nem adott engedélyt, mondván: „a penicillin nem szovjet (ekkortájt a Szovjetunióban nem volt penicillin), hanem amerikai gyógyszer” és Sztálin úgy vélte, „talán a penicillin is fertőzött, talán olyan penicillint csempésznek oda, amely gyöngíti erőinket, és megengedhetetlen az, hogy ilyen orvossággal gyógyítsanak egy olyan kiváló katonai vezetőt, mint Vatutyin.” Így tehát a kórházi személyzet, fejvesztés terhe mellett adhatta volna csak megfelelő gyógyszert, ezt nem merték vállalni. Állapota ezek után rohamosan romlott, amputálni kellett a lábát, de már ez is késő volt, ez sem segített. Végül súlyos szepszisben hunyt el. (Hruscsov emlékezik: Szemben a zsarnokkal, 1990.)