В 1952 году окончил школу тренеров при государственном центральном институте физкультуры (ГЦОЛИФК). Тренер футбольной сборной СССР (с июля 1963 года по июль 1964), которая стала финалистом Кубка Европы 1964 года. Вся же остальная тренерская деятельность Трофимова связана с хоккеем с мячом. Играющий главный тренер (1950—1952, 1954—1959) и затем главный тренер московского «Динамо» (1959—1980). С его именем связаны самые престижные победы команды в этом виде спорта: под руководством В. Д. Трофимова команда «Динамо» 14 раз становилась чемпионом страны, дважды завоёвывала Кубок СССР и трижды — Кубок европейских чемпионов). Одновременно в эти годы (в 1954, 1964—1981 годах) был и главным тренером сборной СССР, которая под его началом восемь раз подряд выигрывала звание чемпионов мира, неоднократно была победителем ряда других международных турниров. Старший тренер (1980—1985) и тренер (1985—1992) школы «Динамо» (Москва). Директор динамовской школы по хоккею с мячом в 1983—1994 годах. Награждён знаком «Ветеран спорта РСФСР» (1981), почётным знаком Федерации хоккея с мячом России (1999). В 1998 году был признан лучшим тренером сборных СССР/России за 40 лет участия в чемпионатах мира.