Romantjuk hade länge guldläge, men kroknade och såg på sista längden ut att tappa allt, men kom tillbaka och tog bronset på ukrainska rekordtiden 7.40,05.
OS-guldvinnaren Bobby Finke, USA, vann den tajta finalen på 7.39,36 och Romantjuks träningskompis Florian Wellbrock, Tyskland, tog silver på 7.39,63.
– Jag hoppas att den här medaljen betyder mycket för Ukraina. Det är svåra tider och jag visade för alla att ukrainare fajtas till slutet, säger 26-åringen vars pappa deltar i kriget.
Mychailo Romantjuk tog dubbla OS-medaljer i Tokyo förra sommaren och är gift med friidrottaren Maryna Bech-Romantjuk, VM-medaljör både i längdhopp och tresteg. Tillsammans är de ett av Ukrainas hetaste idrottspar.
"Ville döda"
Båda tränar utomlands under kriget, Mychailo Romantjuk i Tyskland, ditbjuden av konkurrenten Wellbrock.
I en intervju med TT i samband med Swim Open i Stockholm i april berättade Romantjuk bland annat att han "ville döda" sin före detta lagkamrat i ISL-serien, ryske ryggsimmaren Jevgenij Rylov, som öppet stödjer kriget och deltog på president Vladimir Putins stora manifestation på Luzjnikistadion i mars.
Något han upprepade på nytt utan att kalla "den där ryggsimskillen" vid namn.
"Glömt kriget lite"
Romantjuk gjorde många och långa intervjuer och har tagit på sig att vara ett ukrainskt "språkrör" i simsammanhang.
– Nu har världen glömt kriget lite och det blir svårare och svårare. De förstör alla våra städer, de har förstört mer än sju simhallar, mer än 50 friidrottsarenor och många idrottsanläggningar. Idrottare har dött under kriget, säger han och får frågan om han har något budskap till det ukrainska folket:
– Jag är så stolt över hela den ukrainska befolkningen, över regeringen och presidenten. Jag är så glad över att vara ukrainare, säger han och har nära till tårarna.