По окончании школы, Н.Ф. Батюк работал как каменщик на Тростянецком сахарном заводе, а затем в Харьковском коммунстрое. В 1927 году его призвали в РККА, и он был зачислен в 68-й Ахтырский стрелковый полк Украинского военного округа. Там он окончил полковую школу в том же году. В своей дальнейшей службе он занимал различные должности в 68-м Ахтырском стрелковом полку 23-й стрелковой дивизии, такие как помощник командира взвода, старшина роты, командир взвода и роты. Позже он также руководил полковой школой, и благодаря его хорошей организации обучения, в 1936 году полковая школа заняла 5-е место в округе по итогам боевой подготовки.
В ноябре 1937 года Н.Ф. Батюк был направлен на учебу на Высшие стрелково-тактические курсы усовершенствования комсостава пехоты под названием «Выстрел». В феврале 1938 года ему было присвоено звание капитана. После окончания курсов в августе 1938 года, он был назначен помощником командира по строевой части 225-го стрелкового полка 23-й стрелковой дивизии Харьковского военного округа. С ноября того же года он занял должность начальника курсов младших лейтенантов при этом же полку.
С января 1939 года Н.Ф. Батюк стал помощником командира 69-го стрелкового полка, а с сентября того же года он стал командиром 89-го стрелкового полка в той же дивизии. В 1939 году он участвовал в походе Красной Армии в Западную Украину, где достиг звания майора. Во время этого похода он получил тяжелую контузию. В 1940 году он окончил Военную академию РККА им. М.В. Фрунзе.
Перед началом Великой Отечественной войны дивизия, в которой служил Батюк, входила в состав 11-й армии Прибалтийского Особого военного округа и размещалась в городе Ионава. С началом войны 89-й стрелковый полк под командованием майора Н.Ф. Батюка отразил наступление немецких войск из района Каунаса на Ионаву. После гибели командира дивизии генерал-майора В.Ф. Павлова в конце июня, Батюк взял на себя командование оставшимися частями дивизии и успешно вывел их к своим войскам.

… комдив он был талантливый, смелый в решениях и действиях. Батюк принадлежал к командирам, особенно глубоко понимавшим специфику городского боя, его природу. Комдив-боец, он в критические дни, случалось, сам водил солдат в контратаку…
Начальник штаба 62-й армии Н. И. Крылов
В дальнейшем, под его командованием, 89-й стрелковый полк продолжил боевые действия в составе той же дивизии, которая входила в 65-й стрелковый корпус 27-й армии Северо-Западного фронта. С декабря 1941 года Н.Ф. Батюк исполнял должность начальника отделения кадров Высших стрелково-тактических курсов усовершенствования комсостава пехоты «Выстрел» в Сибирском военном округе. В марте 1942 года его назначили командиром 284-й стрелковой дивизии, которая формировалась в городе Томске. После формирования дивизии она вошла в состав 13-й армии и участвовала в оборонительных боях на участке Елец и Ливны.
Летом 1942 года части дивизии, под его командованием, приняли участие в Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции, отражая наступление немецких войск на Воронеж. В сентябре 1942 года дивизия вошла в состав 62-й армии и заняла рубеж обороны на правом берегу Волги в районе Мамаева кургана в Сталинграде. Там Н.Ф. Батюк умело организовал оборону и систему огня дивизии, что позволило ей долгое время удерживать занимаемые позиции. В октябре 1942 года ему было присвоено звание полковника.
11 января 1943 года дивизия перешла в наступление и к 31 января смогла захватить центральную часть Сталинграда, где соединилась с частями 64-й армии. Этот успех завершил уничтожение южной группировки противника и привел к плену около 3000 солдат и офицеров, включая троих генералов.
За выдающиеся бои в Сталинграде и разгром Сталинградской группировки противника, дивизия была награждена орденом Красного Знамени. После этого, по приказу Наркомата Красной Армии от 1 марта 1943 года, дивизия была преобразована в 79-ю гвардейскую дивизию, и её командиру было присвоено звание генерал-майора.
После окончания Сталинградской битвы с 6 февраля 1943 года, данная дивизия вступила в состав Сталинградской группы войск, командовал генерал-лейтенантом К.П. Трубниковым. С июля её части, входя в 8-ю гвардейскую армию Юго-Западного фронта, приняли участие в Изюм-Барвенковской наступательной операции, в ходе которой 28 июля генерал-майор Н.Ф. Батюк ушел из жизни вследствие сердечного приступа. Его похоронили на правом берегу Северского Донца, недалеко от деревни Голая Долина, которая сейчас известна как село Долина в Славянском районе.
Награждён: орденами Красного Знамени, Кутузова 2-й ст., Красной Звезды, медалями.

Похоронен в городе Святогорске (тогда — город Банное) на горе Артёма, рядом похоронены и Герои Советского Союза Илья Захарович Шуклин и Александр Кириллович Сечкин. Там же находится братская могила советских бойцов, погибших в боях за освобождение Славяногорска и Славянского района.