5 июля 1943 года в первый день Курской Битвы 4 Як-1, в составе которых был и младший лейтенант В. К. Поляков, взлетели с аэродрома Фатеж на перехват следовавшей к Понырям группы из шести немецких бомбардировщиков Хе-111. В ходе завязавшегося в районе села Верхнесмородино воздушного боя 2 Як-1 вступили в бой с истребителями прикрытия противника, а В. К. Поляков в одиночку атаковал бомбардировщики. Очередью «Хейнкеля» на истребителе Полякова были пробиты бензобак и водный радиатор, а сам Виталий Константинович был ранен в правую руку. Тогда он направил горящий самолёт в хвост ведущего группы немецких бомбардировщиков. Ударом винта и правой плоскости машины он отрубил хвост Хе-111, после чего воспользовался парашютом и приземлился в расположении своих войск. Потеряв ведущего, оставшиеся немецкие бомбардировщики повернули обратно. За ходом воздушного боя с командного пункта наблюдал командующий фронтом генерал-полковник К. К. Рокоссовский. По его распоряжению командир 54-го гвардейского истребительного полка гвардии подполковник Е. П. Мельников представил гвардии младшего лейтенанта Полякова Виталия Константиновича к званию Героя Советского Союза. Указ Президиума Верховного Совета СССР был подписан 2 сентября 1943 года.