Свой первый бой принял на рассвете 22 июня под Брестом в должности заместителя командира 6-й стрелковой дивизии 28-го стрелкового корпуса 4-й армии Белорусского особого военного округа. 6-я стрелковая дивизия вела тяжёлые оборонительные боевые действия на брестском и бобруйском направлениях в ходе Белостокско-Минского оборонительного сражения Западного фронта. Полковник Осташенко возглавил часть дивизии, которая после чего наряду с 14-м механизированным корпусом принимала участие в контрударе советских войск под Брестом 24 июня, в результате чего попал в окружение, из которого успешно вышел 6 июля. В результате понесённых потерь в начале июля дивизия была выведена в резерв Западного фронта и после доукомплектования вела оборонительные боевые действия на левом берегу реки Сож в районе Пропойска. После гибели 1 августа командира дивизии М. А. Попсуй-Шапко Осташенко принял командование дивизией на себя.
В сентябре назначен на должность командира формирующейся 368-й стрелковой дивизии (Сибирский военный округ, Тюмень).
В июне 1942 года направлен на учёбу на ускоренный курс при Высшей военной академии имени К. Е. Ворошилова, после окончания которого в декабре того же года назначен на должность командира 47-й гвардейской стрелковой дивизии 5-й танковой армии Юго-Западного фронта, которая принимала участие в боевых действиях в ходе Сталинградской битвы, в окружении войск противника западнее Сталинграда, а в начале 1943 года — в Ворошиловградской операции. Затем дивизия была передана в 12-ю армию того же фронта и участвовала в Донбасской наступательной операции и в Нижнеднепровской наступательной операции.
В декабре 1943 года назначен на должность командира 57-го стрелкового корпуса, который входил в 37-ю и 53-ю армии 2-го Украинского фронта, а в январе 1944 года передан на 3-й Украинский фронт. Корпус принимал участие в наступательных боевых действиях на криворожском направлении, а затем в Корсунь-Шевченковской, Никопольско-Криворожской, Березнеговато-Снигиревской, Одесской, Ясско-Кишинёвской, Бухарестско-Арадской, Дебреценской и Будапештской наступательных операциях, отличившись при освобождении городов Тирасполь, Арад, Эгер, Мако, Баттонья и других на территории Украины, Чехословакии и Венгрии.
Особенно успешно корпус под командованием генерал-майора Ф. А. Осташенко наступал осенью 1944 года в ходе Дебреценской и Будапештской наступательных операций. Так, в октябре 1944 года он с боями прошёл 165 километров по Венгрии, занял 144 населённых пункта и с боем форсировал реку Тиса. 7 ноября 1944 года корпус вторично форсировал Тису на другом направлении и уже к 11 ноября овладел плацдармом до 30 километров в глубину. При этом было занято 20 населенных пунктов. Всего с за период непрерывных наступательных боёв с 16 сентября по 11 ноября 1944 года силами корпуса уничтожено до 20 000 солдат и офицеров противника, 90 танков и иных единиц бронетехники, 92 артиллерийских орудия, 104 миномёта, сбито 7 самолётов, много иного вооружения. Были захвачены огромные трофеи.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 28 апреля 1945 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм, генерал-майору Фёдору Афанасьевичу Осташенко присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
19 марта 1945 года назначен на должность командира 25-го гвардейского стрелкового корпуса 7-й гвардейской армии 2-го Украинского фронта, который принимал участие в боевых действиях в ходе Братиславско-Брновской и Пражской наступательных операций, в том числе в освобождении городов Сенец и Братислава.
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Осташенко,_Фёдор_Афанасьевич