Вскоре после начала войны Гризодубовой было поручено организовать и возглавить авиаполк дальних бомбардировщиков, укомплектовав его недавними гражданскими пилотами. Так появился 101-й авиаполк (впоследствии 31-й гвардейский авиаполк). Летали на самолетах Ли-2. Казалось бы, Гризодубовой уже хватает славы рекордсменки, народной защитницы, руководительницы крупного предприятия, но нет, она проявила себя и на войне. Летчики 101-го полка славно потрудились для Родины, для победы. Самолеты Гризодубовой помогали жителям блокадного Лениграда, но еще более помогали партизанскому движению в Белоруссии и Украине. Дальние бомбардировщики использовались для связи с центрами партизанского движения, передавали грузы – пищу, боеприпасы, подвозили подкрепления, эвакуировали женщин, детей, раненых. (За время войны полк Валентины Степановны вывез на «Большую землю» около четырех тысяч детей.) Гризодубова лично совершила 200 боевых вылетов, из которых 132 – ночных. При этом «сверху» пришел приказ – запретить ей брать в полет парашют. Руководство по определенным причинам очень не хотело, чтобы подполковник Гризодубова[22] попала в руки немцев.

В письмах мужу Валентина Степановна жаловалась, что ее людям поручают самую тяжелую, самую опасную работу, ее офицеров переманивают в другие части. Все-таки многим не давала покоя женщина-командир. Тем более, что под ее руководством находился полностью мужской полк («300 мужчин и одна женщина» – так в шутку называли это формирование). Но не так-то легко было увести из полка летчиков – мужчины быстро проникались самым глубоким уважением к своему командиру, называли ее «матушкой». «Матушка» умела не только защитить своих подопечных от произвола властей, могла и матом обложить, и продемонстрировать чудеса смелости. Однажды она лично спасла из огня летчиков горевшего самолета, в то время как офицеры соседней эскадрильи боялись подойти к машине, ожидая взрыва. Один из летчиков все же сгорел. Валентина Степановна обошла по очереди всех «соседей» и каждому в лицо произнесла «трус, мерзавец». Состоялся суд офицерской чести над обидевшей летчиков Гризодубовой. Судья спросил у нее, как она оскорбляла своих «боевых товарищей». Гризодубова прошлась вдоль ряда «истцов» и еще раз произнесла те же слова, после чего сказала: «Как офицер, я бы оскорблять вас не стала, а вызвала бы на дуэль. Считайте, что я вас оскорбила как женщина, поэтому предлагаю застрелиться самим».

В 1945 году Гризодубова была награждена орденом Отечественной войны I степени. Еще до окончания боевых действий она возглавила Антифашистский комитет советских женщин, кроме того, была введена в состав Чрезвычайной комиссии по расследованию фашистских преступлений на оккупированных территориях. Повела она себя так же жестко, как и обычно, – лично добивалась самых суровых мер для пособников немцев, в том числе для тех, кто сожительствовал с германскими солдатами.

После войны Валентине Степановне предлагали взять авиадивизию, но она ответила, что в мирное время хочет заниматься мирной работой. Впрочем, доставшаяся ей работа мирной была лишь относительно. Гризодубова стала заместителем по летной части директора НИИ-17, в котором велись основные работы по техническому совершенствованию советской авиации. В руках Валентины Гризодубовой оказалось все, что касается летных испытаний. Кроме того, она активно работала над испытанием радиолокационного оборудования (панорамных радиолокаторов, затем станций перехвата и прицеливания и т. д.). На этом своем посту Валентина Степановна оставалась до 1963 года. После этого возглавила созданный по ее же инициативе уникальный Научно-исследовательский летно-испытательный центр, где испытывалась новейшая авиационная электроника. Естественно, об этой работе бывшей «сталинской орлицы» пресса особенно не распространялась. В 1972 году Гризодубова вернулась в Московский НИИ приборостроения (так в 1967 году стал называться упомянутый НИИ-17).