W 1939 została naczelnikiem międzynarodowych linii lotniczych ZSRR. Brała udział w II wojnie światowej i w latach 1942-1944 była dowódcą 101. lotniczego pułku transportowego. Na samolocie transportowym Li-2 brała udział w 200 lotach bojowych, z czego w 132 nocnych. Od 1946 pułkownik rezerwy. Po wojnie pracowała w różnych instytutach badawczych związanych z lotnictwem, w 1986 otrzymując tytuł Bohatera Pracy Socjalistycznej.
Pochowana została w Moskwie i tu stoi jej pomnik przy Kutuzowskim prospekcie. W rodzinnym Charkowie w 1973 otwarto muzeum historii lotnictwa im. Grizodubowej, a na lotnisku wojskowym Smoleńsk-Siewiernyj stacjonował 103. Gwardyjski Krasnosielski Pułk Lotnictwa Transportowego jej imienia (ros. 103-й гвардейский Красносельский Краснознамённый военно-транспортный авиационный полк имени Героя Советского Союза В. С. Гризодубовой).
Bibliografia A.A. Simonow, Гризодубова Валентина Степановна, warheroes.ru [dostęp 2010-04-14]