Первый подвиг в его биографии, прогремевший на всю страну, произошел 20-22 июля 1936 г, когда возглавляя экипаж самолета АНТ-25 Валерий Павлович совершил первый беспосадочный перелет из Москвы в район острова Сахалина.

За полет, длившийся двое с половиной суток, в течение которого впервые было преодолено более девяти тысяч километров, всем трем частникам (в экипаж Чкалова входили также летчики Беляков и Байдуков) присвоили звания Героев Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

Второй подвиг, уже в звание героя СССР Валерий Павлович Чкалов совершил 18-20 июня 1937 г, когда совершил аналогичный перелет без посадки по направлению: Москва – Северный полюс – Ванкувер (США). Протяженность маршрута составляла 8 504 км, а длительность полета – 63 ч 16 минут. Героический экипаж радостно встречали жители многих американских городов, также их принял у себя дома генерал Джордж Маршалл. А в Вашингтоне советских летчиков приветствовал президент США Франклин Рузвельт.

За успешное осуществление этого задания весь экипаж был награжден орденами Красного знамени.

15 декабря 1938 г, совершая испытательный полет на истребителе И-180, Валерий Павлович Чкалов трагически погиб. Причиной его гибели стала неустранимая поломка мотора, которая привела к крушению. Совершая, по сути, еще один подвиг, Чкалов старался отвести падение от жилых построек, в результате чего врезался в высоковольтную опору. От полученных ран он скончался два часа спустя в Боткинской больнице.

Существует множество версий того, что его гибель была неслучайна, поскольку на тот момент был разгар политических репрессий и острый на язык и несдержанный Чкалов мог быть неугодным для многих. Это в многочисленных интервью утверждали его сын и дочь. Как бы то ни было, известно, что при жизни Чкалов на хорошем счету у советского руководства. Сталин лично встречал экипаж Чкалова на Щелковском аэродроме в августе 1936 года по его возвращению из беспересадочного полета на Дальний Восток. Также, Чкалов неоднократно бывал приглашен Сталиным в Кремль на светский прием, а в личном общении советский вождь позволял фамильярное его отношение к себе.

В советские годы, Чкалов стал одним из самых известных людей в Советском Союзе. В честь него назывались пионерлагеря, школы, станции метро, учебные заведения, предприятия и другие объекты. По стране более 1700 улиц городов и более десятка населенных пунктов носили его имя. В том числе и бывшее Василево – родной поселок Чкалова. Существует множество посвященных ему мемориальных досок, бюстов и памятников. Самый известный из них стоит с 1940 года в Нижнем Новгороде вблизи Кремля. Бронзовая фигура Чкалова, работы Исаака Менделевича установлена на цилиндрическом постаменте. На его полированной поверхности нанесен контур географической карты Северного полушария с трассами двух исторических перелётов чкаловского экипажа АНТ-25. За этот памятник Менделевич был удостоен Сталинской премии. Есть памятник Чкалову и в США, в городе Ванкувере в честь его трансполярного перелета. Там, 20 мая 1975 года на летном поле Пирсон при содействии «Чкаловского комитета трансполярного перелёта» был установлен памятный знак в виде треугольника, в центре которого изображен самолет, перелетающий Северный полюс.