Участва в Руско-турската война (1877-1878). Повишен е във военно капитан с назначение е за командир на 3-та рота от 61-ви Владимирски пехотен полк. При третата атака на Плевен на 30 август/11 септември 1877 г. е в състава на отряда на генерал-майор Михаил Скобелев. След вихрена атака полкът превзема турския редут „Кованлък“. Капитан Фьодор е комендант на редута от генерал-майор Михаил Скобелев със задача да го защитава достойно, ако противникът се опита да си го върне. Офицерът благодари и дава честна дума, че докато е жив няма да даде редута на неприятеля. Поради прекратяване на атаката от главното командване не получава исканата поддръжка. Въпреки това отбранява до последно позицията, отблъсквайки няколко мощни турски контраатаки. Едва когато руските защитници поради липса на шанцов инструмент се налага да ровят земята с капачките на манерките и даже с пръсти, само да си устроят каквото и да е подобие на закритие от смъртоносния огън, се получава заповед да отстъпи редута „Кованлък“. При шестата контраатака на противника Фьодор Горталов не се оттегля с останалите защитници. Очевидецът В. Ф. Аргамаков си спомня: