Thuở nhỏ, Thắng đã biết giúp cha canh gác, theo dõi tình hình địch về báo cho các cô chú cách mạng. Năm 14 tuổi, ông thôi học, hăng hái tham gia hoạt động trong Đội du kích xã. Lúc này, Tiểu đoàn 857 thường về đóng ở đây. Hình ảnh oai hùng của anh bộ đội cụ Hồ đã in sâu vào lòng người thiếu niên. Tháng 2/1967, ông xin gia nhập Tiểu đoàn 857, nhưng vì nhỏ tuổi, ông không được Ban chỉ huy nhận vào đơn vị. Song, Thắng một lòng đã quyết phải theo bộ đội đi chiến đấu. Cuối cùng, Tiểu đoàn nhận ông vào làm liên lạc.

Cuối năm 1967, ông được Ban chỉ huy cho học thông tin rồi phân công phụ trách Đội thông tin liên lạc của Tiểu đoàn, chuẩn bị cho cuộc Tổng tấn công và nổi dậy đầu Xuân Mậu Thân năm 1968. Từ đó đến năm 1974, ông đã tham gia đánh 81 trận lớn, nhỏ do Tiểu đoàn tổ chức.

Năm 1974, ông được cử đi học lớp cán bộ đại đội ở Rạch Giá.

Suốt thời gian từ ngày vào làm thông tin vô tuyến điện và thông tin kỹ thuật cho đến lúc ấy, ông đã nhận và chuyển 1.000 bức điện, nắm 1.300 bức điện của địch có giá trị, giúp Ban chỉ huy kịp thời xử lý mọi tình huống trong cuộc chiến đấu, giành thắng lợi.

Sau khi miền Nam hoàn toàn giải phóng, nước nhà thống nhất, năm 1976, ông được đề bạt làm CTV Tiểu đoàn 857.

Năm 1977, cuộc chiến tranh bảo vệ biên giới Tây Nam nổ ra, đơn vị Anh hùng 857 theo lệnh của Quân khu bổ sung cho Trung đoàn 1 – Sư đoàn 330. Sau đó, xuất phát từ yêu cầu, nhiệm vụ bảo vệ Tổ quốc, tháng 3/1978, đơn vị ông tách đội hình ra khỏi Sư đoàn 330, về thành lập Trung đoàn 9 thuộc Sư đoàn 339 với phiên hiệu là Tiểu đoàn 4, tiếp tục đánh bật bọn Pôn Pôt – Iêng Xary ra khỏi Tịnh Biên – Hồng Ngự – Phú Châu, bảo vệ biên giới Tây Nam.

Tháng 1/1979, ông sang làm nhiệm vụ quốc tế ở chiến trường Campuchia. Năm 1983, Tiểu đoàn 4 và Trung đoàn 9 được Hội đồng Nhà nước tuyên dương Anh hùng các LLVTND.

Năm 1984, ông trở về nước, đi học văn hóa.

Năm 1987, ông được Quân khu cử đi học ở Học viện Quân sự cấp cao tại Hà Nội.

Từ năm 1996 đến nay, ông giữ chức Chỉ huy trưởng Bộ Chỉ huy Quân sự tỉnh Vĩnh Long.

Suốt 24 năm phục vụ trong quân đội, Đoàn Văn Thắng luôn nêu cao tinh thần quên mình vì nhiệm vụ, sẵn sàng vượt mọi khó khăn để hoàn thành nhiệm vụ, phục vụ chiến đấu thắng lợi. Đồng thời, ông là một cán bộ chỉ huy gương mẫu, khiêm tốn, giản dị, luôn luôn đoàn kết và thương yêu đồng đội, chú ý xây dựng đơn vị vững mạnh, được cấp trên tin tưởng, đồng đội quý mến. Ông đã được tặng thưởng :

– 1 Huân chương Quân công hạng Ba
– 3 Huân chương Chiến công hạng Nhất, Nhì, Ba
– 8 bằng khen và 6 giấy khen
– 2 lần được bình chọn làm Chiến sĩ thi đua của Tiểu đoàn.

Ngày 6/11/1978, ông Đoàn Văn Thắng được Quốc hội và Chính phủ tặng danh hiệu Anh hùng các LLVTND.