หลังจากการโคจรของยูริ กาการิน ความคิดที่จะให้มีนักบินอวกาศสตรีคนแรกของโลกได้เกิดขึ้นเพื่อสงครามโฆษณาชวนเชื่อระหว่างสองค่ายลัทธิ ในวันที่ 16 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2505 วาเลนตีนาก็ได้รับการคัดเลือกเป็นสตรีหนึ่งในห้าคนจากผู้สมัครสตรีมากกว่า 400 คน ส่วนหนึ่งมาจากความสามารถในการกระโดดร่ม รวมทั้งการมีอายุต่ำกว่า 30 ปีและมีน้ำหนักตัวน้อยกว่า 70 กิโลกรัมและที่สำคัญคือการมีพื้นเพจากชนชั้นกรรมาชีพและมีบิดาเป็นวีรชนเสียชีวิตในการต่อสู้กับพวกนาซี

การฝึกเป็นนักบินอวกาศเป็นงานที่หนักมากสำหรับสตรี นอกจากการฝึกทั่วไปแล้วยังต้องฝึกหัดเป็นนักบินไอพ่นและต้องกระโดดร่มมากกว่า 120 ครั้ง (นักบินอวกาศรัสเซียเรียกว่า "คอสโมนอต" เนื่องจากต้องออกจากวงโคจรลงสู่ผิวดินบนบก ต่างจากนักบินอวกาศอเมริกัน "แอสโตรนอต" ที่ลงบนผิวมหาสมุทร)fall down on ocean

การขึ้นสู่วงโคจรของวาเลนตีนานับเป็นผลสำเร็จเป็นอย่างสูง เธอโคจรรอบโลก 48 รอบในเวลาเกือบ 3 วัน มากกว่าเวลาในอวกาศของนักบินอวกาศอเมริกันทุกคนรวมกันในช่วงนั้น นอกจากการเป็นสตรีคนแรกแล้ว วาเลนตีนายังเป็นนักบินพลเรือนคนแรกของโลกอีกด้วย แต่อย่างไรก็ดี แม้จะมีโครงการนักบินอวกาศสตรีต่อเนื่องมาอีกระยะหนึ่ง แต่กว่าจะมีนักบินสตรีคนที่ 2 ได้บินก็กินเวลาต่อมาอีกถึง 19 ปี เมื่อสหภาพโซเวียตส่ง "สเวตลานา ซาวิตสกายา" ขึ้นบินเนื่องจากแรงกดดันในความก้าวหน้าทางอวกาศของอเมริกาในโครงการกระสวยอวกาศ