В РККА с 1940 года. Окончил 1-ю Качинскую Краснознамённую военную авиационную школу пилотов имени А. Ф. Мясникова в 1941 году. Служил на Дальнем Востоке в 307-м истребительном авиационном полку. Летал на И-153, потом на И-16. После многочисленных рапортов об отправке на фронт и инцидента с утерей комсомольского билета переведён в декабре 1942 года в 812-й иап. Закончив переучивание на аэродроме Багай-Барановка (Саратовская область) на истребитель Як-1, полк в середине апреля 1943 года вылетел на фронт.
20 апреля 1943 года старший сержант Фёдоров открыл боевой счёт, сбив над «Малой землёй» Bf-109.
26 апреля 1943 года после того, как Фёдоров сбил Bf-109, он пристроился к ведущему и расслабился. Внезапно зашедший в хвост Bf-109 атаковал Як-1 Фёдорова. Очередь накрыла фюзеляж. Двигатель остановился, несколько снарядов разорвались в кабине, разбив приборную доску и ранив лётчика. Практически ничего не видя от осколка, попавшего в глаз, и теряя высоту, лётчик с залитым кровью лицом стал снижаться. Вскоре Як-1, не выпуская шасси, сел в плавни в районе станицы Славянская. Вечером, подобранный на У-2 штурманом 3-го истребительного авиационного корпуса Кононовым, Фёдоров был уже в госпитале. Во время операции осколок из глаза был извлечён, и через 12 дней Фёдоров сбежал из госпиталя в полк сразу после того, как врачи убедились, что глаз удалось сохранить.
10 мая 1943 года И. В. Фёдоров вылетел на истребителе Як-1Б в составе шестёрки в район станицы Абинской Краснодарского края. Выручая товарищей, вступил в бой сразу с шестью истребителями Bf-109. Ему удалось зайти в хвост одному «мессершмитту» и длинной очередью подбить его. Затем сбил второго. Но в это время его атаковал третий вражеский истребитель. Фёдоров уклонился от атаки и оказался у самого хвоста ещё одного «мессершмитта». Он нажал на гашетки, но патроны быстро кончились. В это время его снова атаковал противник, и опять он мастерски уклонился от атаки. Но противник продолжал атаковать. Один «мессершмитт» сменял другого. Вскоре фашисты поняли, что Фёдорову нечем стрелять, и стали действовать наглее. Пока одна пара атакует, вторая встаёт в круг и ждёт своей очереди. Вскоре самолёт Федорова загорелся, а сам он был ранен. Тогда он направил свой истребитель наперерез паре, которая находилась в вираже. Один из фашистов попытался отвернуть, переводя самолёт из левого виража в правый. На какой-то момент Bf-109 замер на месте. Этим воспользовался Фёдоров. Левым крылом своего истребителя он нанес удар по кабине «мессершмитта». Оба самолёта начали падать. В момент удара Фёдоров, оборвав ремни и пробив закрытый фонарь, был выброшен из кабины и приземлился на парашюте в расположении медсанбата. За свой подвиг награждён орденом Отечественной войны 2 степени.
Всего на Кубани уничтожил 6 вражеских самолётов (4 Bf-109, Ju-87 и Fw-189), за что награждён орденом Красного Знамени.
К 10 августа 1944 года командир эскадрильи 812-го истребительного авиационного полка старший лейтенант И. В. Фёдоров совершил 285 боевых вылетов, в 62 воздушный боях сбил лично 30 самолётов противника. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 26 октября 1944 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" .
Всего за время войны совершил 416 боевых вылетов (из них 180 на разведку и 84 на штурмовку), в 106 воздушных боях сбил лично 36 (1 тараном) и в группе 1 самолёт противника, ещё 9 самолётов уничтожил на аэродромах.
