24 - 25 сентября 1938 года она вместе с Полиной Осипенко и Мариной Расковой на самолете «Родина» (АНТ-37) совершила беспосадочный полет из Москвы на Дальний Восток, установив женский международный рекорд дальности. На поршневом самолете женщины преодолели 5947 км за 26 часов 29 минут.
В годы Великой Отечественной войны Валентина Гризодубова с марта 1942 командовала 101-м авиационным полком дальнего действия. Позже – 31-м гвардейским бомбардировочным авиационным полком, оказывавшим помощь партизанским отрядам.
В мирное время Валентина Гризодубова – заместитель начальника НИИ-17 по летной части. Лично принимала участие в испытательных полетах по испытанию и доводке разрабатываемого в НИИ-17 радиолокационного оборудования. С 1972 года 62-летняя Гризодубова назначена заместителем начальника Московского научно-исследовательского института приборостроения по летной части.
В 1993 году Валентина Гризодубова ушла из жизни. Похоронена в Москве, на Новодевичьем кладбище.
В 2003 году в Харькове в память о выдающейся землячке поставлен камень.
