С 24 апреля 1941 года в рядах Красной Армии. В марте 1942 году окончил Батайскую военную авиационную школу пилотов.
С января 1943 года служил в 164-м истребительном авиационном полку 295-й истребительной авиационной дивизии.
Первые боевые вылеты Кирилюк провёл на ЛаГГ-3 в январе 1943 года в возрасте 18-ти лет. Воевал на Северном Кавказе, над Днепром, освобождал Украину, Румынию, Болгарию, Венгрию, Австрию.
11 августа 1943 года над Северским Донцом шестёрка Ла-5, ведомая Кирилюком, атаковала большую группу вражеских бомбардировщиков, смешала неприятельские порядки и сбила несколько машин. Его самолёт получил тяжёлые повреждения — были разбиты руль глубины и элерон. Выйдя из схватки и приземлившись на расположенном недалеко своём аэродроме, он вновь поднялся в воздух на другой боеготовой машине и сбил ещё один Ю-87.
Трижды в воздушных боях Кирилюк одерживал двойные победы и однажды — тройную. Свои последние боевые вылеты провёл над Веной.
К концу 1944 года командир звена 31-го истребительного авиационного полка лейтенант В. В. Кирилюк совершил 448 боевых вылетов, в 95 воздушных боях сбил лично 21 и в составе группы 1 самолёт противника. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 23 февраля 1945 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда".
Войну закончил старшим лейтенантом, заместителем командира эскадрильи 31-го истребительно авиационного полка. За время войны провёл 620 боевых вылетов, из них 600 на Ла-5, в 130 воздушных боях одержал 32 личные и 9 групповых побед.
