5 мая 1935 года авиаконструктор Николай Поликарпов и летчик-испытатель Валерий Чкалов за создание лучших самолетов-истребителей были награждены высшей правительственной наградой — орденом Ленина.
Осенью 1935 года летчик Байдуков предложил Чкалову организовать рекордный перелет из СССР в США через Северный полюс и возглавить экипаж самолета. Весной 1936 года Чкалов, Байдуков и Беляков обратились в правительство с предложением провести такой перелет, но Сталин указал другой план маршрута: Москва — Петропавловск-Камчатский, опасаясь повторения неудачной попытки Леваневского (в августе 1935 года полет С. Леваневского, Г. Байдукова и В. Левченко по маршруту Москва — Северный полюс — Сан-Франциско был прерван из-за неисправности).
Перелет экипажа Чкалова из Москвы на Дальний Восток стартовал 20 июля 1936 года и продолжался 56 часов до посадки на песчаной косе острова Удд в Охотском море. Общая протяженность рекордного маршрута составила 9 375 километров.
На борту самолета Чкалова была надпись «Сталинский маршрут», сохраненная и при следующем перелете— через Северный полюс в Америку. Оба чкаловских перелета официально носили это название вплоть до начала «борьбы с культом личности Сталина» и литературных подчисток.
За перелет на Дальний Восток весь экипаж был удостоен звания Героев Советского Союза с вручением ордена Ленина. Об исключительной важности этого перелета для своего времени говорит то, что И. В. Сталин лично приехал 10 августа 1936 года на Щелковский аэродром близ Москвы встречать возвратившийся самолет. С этого момента Чкалов приобрел всенародную известность в СССР.
Валерий Чкалов продолжал добиваться разрешения на совершение перелета в США, и в мае 1937 года разрешение было получено. Старт самолета АНТ-25 состоялся 18 июня. Полет проходил в значительно более сложных условиях, чем предыдущий (отсутствие видимости, обледенение и т. д.), но 20 июня самолет совершил благополучную посадку в канадском городе Ванкувер. Протяженность перелета составила 8504 километра.
За этот перелет экипаж был награжден орденами Красного Знамени.
12 декабря 1937 года Валерий Чкалов был избран депутатом Совета Национальностей Верховного Совета СССР от Горьковской области и Чувашской АССР. По просьбе жителей Василева их поселок был переименован в Чкаловск.
В.П. Чкалов погиб 15 декабря 1938 год при проведении испытательного полета на новом истребителе И-180 на Центральном аэродроме.
13 декабря Поликарпов представил программу испытаний И-180: полетное задание предписывало совершить пробный полет по кругу в течение 10–15 минут без уборки шасси; затем после тщательного осмотра всей машины осуществить ознакомительный полет и 1–2 полета по 30–60 минут; наконец полет с убранным шасси до высоты 7 000 метров. Валерий Чкалов должен был совершить только первый полет, после чего машина переходила в руки другого летчика — С. П. Супруна.
По воспоминаниям Д. Л. Томашевича, в этот день температура воздуха была около минус 25 °C. Поликарпов отговаривал Чкалова вылетать, но тот не согласился.
При заходе самолета на посадку двигатель М-88 остановился. Чкалов, как отмечено было в Акте комиссии по расследованию причин аварии, «до последнего момента управлял самолетом и пытался сесть и сел вне площади, занятой жилыми домами». Но при посадке самолет зацепил за провода и столб, а летчик ударился головой об оказавшуюся на месте падения металлическую арматуру. Через Два часа он скончался в Боткинской больнице от полученной травмы.
Похоронили Валерия Чкалова в Москве, урна с его прахом установлена в Кремлевской стене.
За последние годы появились публикации, заметно принижающие образ великого летчика. Мало того, что самого Чкалова представляют обыкновенным хулиганом и любителем выпивки, некоторые «историки» утверждают, что гибель Чкалова была организована НКВД по заданию И. В. Сталина — Сталин якобы не мог простить Чкалову его высокой популярности в народе и вольности суждений. Со страниц определенных изданий не сходит и версия о том, что виновником гибели прославленного летчика был Л. П. Берия, который будто бы не мог простить Валерию Чкалову приглашения от Сталина занять пост наркома внутренних дел.
Нечего говорить, что подобные обвинения в адрес И. В. Сталина и Л. П. Берия лживые. Сталин любил и уважал Валерия Чкалова, называя его «самородком, которых мало»; в свою очередь, Чкалов боготворил И. В. Сталина, не без основания связывая с ним выдающиеся достижения Советского Союза не только в авиации, но и во всех областях государственной жизни. Кроме того, нельзя забывать, что Чкалов был для всего мира олицетворением советской страны, символом ее подвигов и свершений — таким же, каким позже был Юрий Гагарин. Известно, что И. В. Сталин тяжело переживал гибель Чкалова — он принял участие в его похоронах и нес на плече урну с прахом летчика-героя.