28–29 kwietnia 1939 r. tym samym samolotem z nawigatorem M. Gordijenko przeleciał bez lądowania z Moskwy do Ameryki Północnej(8000 km, trasa: Moskwa – Nowogród – Helsinki – Trondheim – Islandia – przylądek Farvel, najbardziej na południe wysunięty punkt Grenlandii – wyspa Miskou).

2 października 1939 wykonał pierwszy lot na prototypowym samolocie CKB-55 – późniejszym słynnym samolocie szturmowym Ił-2. 2 stycznia 1963 załoga pod dowództwem W. Kokkinaki przeprowadziła pierwszy lot próbny na samolocie Ił-62. W latach 1941–1945 kierował lotami doświadczalnymi nowych typów radzieckich samolotów. Pobił 22 światowe rekordy lotnicze.

Był wiceprezydentem (1961), prezydentem (1967–1968), a od grudnia 1968 r. – honorowym prezydentem Międzynarodowej Federacji Lotniczej. W 1970 otrzymał honorowe obywatelstwo Nowosybirska. Został pochowany na Cmentarzu Nowodziewiczym Jego imieniem nazwano ulicę w Moskwie.