В 1928 году в Харькове открыли летную школу гражданских пилотов Осоавиахима. В первом же наборе была и дочь Степана Васильевича. За три месяца она окончила эту школу со званием пилота. А вот в поступлении в Пензенскую школу летчиков-инструкторов ей отказали – не хотели видеть в качестве инструктора женщину. Пришлось жаловаться, ходить по инстанциям – это умение Гризодубовой очень пригодилось в будущем. Валентина Степановна дошла до Орджоникидзе, личное вмешательство которого открыло перед молодой летчицей двери Пензенской школы. После ее окончания Гризодубова работала инструктором в Туле. Валентина Степановна лично подготовила 86 летчиков, в том числе первого дважды Героя Советского Союза за время Великой Отечественной войны Бориса Сафонова. Мужчины-курсанты быстро забывали о том, что ими занимается женщина. Гризодубова демонстрировала зрелое владение летным искусством, мужество, а не женственность в полете. Например, не раз выбиралась из кабины летящего самолета и стояла на его крыле, доказывая надежность машины.
В 1934 году Гризодубова была зачислена в штат агитэскадрильи им. М. Горького. Здесь она летала на самолете «Орденоносная? Работница?» (деньги на самолет собирали читательницы главного советского журнала для женщин). Голубой самолет Гризодубовой побывал в агитполетах над самыми отдаленными, глухими уголками Союза. Машина Валентины и ее напарницы – Екатерины Слобоженко всегда содержалась в полном порядке. А женщины-летчицы подбирали летные костюмы под цвет самолета: для белого – белый, для голубого – голубой.
С 1936 года Валентина Степановна уже находилась в рядах Красной Армии. В это время Гризодубова начинает бить рекорды – мода тогда была такая. До своего знаменитого перелета на Дальний Восток, о котором пойдет речь дальше, Валентина Степановна поставила пять мировых рекордах на легкомоторных самолетах конструкции Яковлева. Это были рекорды скорости, высоты и дальности полета. В 1937 году Гризодубова была избрана депутатом Верховного Совета СССР первого созыва, в ее копилке уже были государственные награды: за работу в агитэскадрилье в 1936-м ей был вручен орден Трудового Красного Знамени; за выдающиеся достижения в освоении авиационной техники и установление мировых рекордов В. С. Гризодубова