В марте 1942 года был призван в ряды Красной Армии. Участвовал в ВОВ на Юго-Западном, Донском, Сталинградском, Центральном, 2 Белорусском фронтах. Был командиром орудия 1 батареи 581 армейского зенитного артиллерийского полка.
Награжден медалью «За оборону Сталинграда» и медалью «За боевые заслуги» 12.07.1943 за один сбитый самолет противника, Орденом славы 3 степени 26.05.1944 и Орденом Красной звезды 28.05.1945.
С 18 марта по 25 марта 1944 года орудием Федорова было сбито 2 фашистских самолета, штурмовавшие подразделения, проходящие по дорогам.
В боях при форсировании реки Одер 22 и 28 апреля 1945 г. и западнее Одера Федоров Анатолий Сергеевич отразил 6 групповых налетов вражеских самолетов.
24 апреля 4 вражеские самолета пытались бомбить боевые порядки нашей артиллерии. Федоров Анатолий Сергеевич первым открыл прицельный огонь и отразил вражеские самолеты, тогда самолеты вторичным налетом пытались штурмовать батарею, Федоров своим орудием первым открыл огонь по штурмовикам и тут же сбил ведущий вражеский самолет. Орудийный расчет, где командовал Федоров сбил 7 самолетов противника.
