В 1942 году Валентина призвали в армию, где он служил в составе армейского ансамбля. В конце войны, по ложному обвинению, он был осужден за антисоветскую пропаганду и отправлен отбывать заключение в Норильск. После смерти Сталина Грудинин был освобожден, а затем реабилитирован.
Валентин Гурьевич уехал в Иваново-Франковск, где стал работать в местном драмтеатре. В 1955 году он получил предложение с Киевской киностудии сыграть одну из главных ролей в фильме «Когда поют соловьи». Роль председателя колхоза Тимофея Завирюхи стала одной из лучших работ актера и открыла ему дорогу в большое кино.
В 1957 году Валентин Гурьевич перешел в штат Киевской киностудии имени Довженко и начал активно сниматься, исполняя, в основном, характерно-комедийные и героические роли. Среди лучших работ: Громобой («Город зажигает огни»), Артем («Гроза над полями»), Карпо Хвыля («Киевлянка»), Василь («Любой ценой»), Вернигора («Летающий корабль»), Бас («За двумя зайцами»), Гриценко («Улица младшего сына»), Дорош («Ни пуха, ни пера»), Рожновский («Юркины рассветы»), Иван Стороженко («Тачанка с юга»).
В период съемок фильма «Когда поют соловьи», в один из вечеров отдыха, Валентин Грудинин познакомился со своей будущей женой Азой Михайловной, которая тогда работала медсестрой. Они поженились, у супругов родилась дочь. К сожалению, их родительское счастье было недолгим - в семилетнем возрасте дочка умерла от заболевания крови.
В конце жизни Валентин Гурьевич не работал, много болел, страдая гипертонической и сердечной болезнями. Ушел из жизни 24 ноября 2004 года. Похоронен на Лесном кладбище Киева.