В 1916 году он был призван в Русскую императорскую армию и воевал на Юго-Западном фронте в составе 15-го Кавказского стрелкового полка в звании младшего унтер-офицера, а затем командовал взводом. В апреле 1918 года он вступил в Красную гвардию и стал помощником начальника отряда, а с октября 1918 года — в Красной Армии, где принимал участие в Гражданской войне.
В годы Гражданской войны он воевал на Юго-Западном и Восточном фронтах в должностях командира взвода, помощника командира роты, а затем командира роты против войск генерала А. И. Деникина и адъютанта батальона, а также командира батальона против войск адмирала А. В. Колчака. Затем он прошел обучение на Симбирских пехотных командных курсах и участвовал в Советско-польской войне. С 1919 года он также был членом РКП(б).
В 1924 году он окончил Киевскую пехотную школу и после этого служил в 58-м стрелковом полку 2-й Туркестанской стрелковой дивизии. Он занимал различные должности, начиная от начальника учебно-мобилизационного отдела и заканчивая начальником штаба полка. В 1931 году он был назначен командиром 5-го Туркестанского стрелкового полка, а затем занимал различные должности в учебных заведениях и войсках.
В начале Великой Отечественной войны он начинал как заместитель командующего войсками Киевского Особого военного округа, а затем командовал оперативной группой войск 9-го и 19-го механизированных корпусов. Он также командовал 8-й армией и 2-й гвардейской Ленинградской дивизией народного ополчения. Однако во время боев он был арестован по обвинению в бездеятельности и был освобожден после некоторого времени.
После этого он продолжал служить в различных должностях, но в 1942 году он был арестован по обвинению в антисоветской агитации и признанию, что неуспехи Красной Армии в первые месяцы войны были результатом неправильной политики партии.
Фёдор Сергеевич Иванов скончался 19 мая 1973 года.