По окончании IV Профтехшколы в 1924 г. он проходит практику на Арматурном заводе "Электрометалл" им. В.И. Ленина (сначала в качестве слесаря, а затем токаря), после чего получает диплом об окончании школы. В это же время он закончил работу над первой редакцией своей книги "Проблема эксплуатации планет", в газетах и журналах были опубликованы его научно-популярные статьи о космических полетах "Завоевание Землей Луны" в 1924 г., "Станция вне Земли" в 1926 г. и др.
По путевке Наркомпроса УССР был направлен на учебу в Ленинградский государственный университет, куда прибывает в августе 1925 г., но, из-за позднего приезда, не успевает сдать экзамены. В результате 1 курс Университета им прослушан вольнослушателем. В 1926 г. зачисляется на II курс физического отделения физико-математического факультета. Параллельно с учебой он работает в качестве рабочего (сначала оптика, а затем механика) в мастерских Научного института им. П.Ф. Лесгафта, а в 1927 г. геодезистом Главного геодезического управления Ленинграда. В качестве дипломной работы, состоящей из трех частей, Глушко предложил проект межпланетного корабля "Гелиоракетоплана" с электрическими ракетными двигателями. 18 апреля 1929 г. третья часть, посвященная электрическому ракетному двигателю под названием "Металл как взрывчатое вещество", была сдана в отдел при Комитете по делам изобретений. Этой работой заинтересовались военные. В начале мая 1929 г. Глушко был вызван к уполномоченному комитета в Ленинграде Н.Я. Ильину, где ему было предложено немедленно начать экспериментальные работы по реализации этого предложения.
С мая 1929 года – начальник 2-го сектора (с 1932 года – отдела) ракет на жидком топливе Газодинамической лаборатории (ГДЛ). За это время Валентином Петровичем были разработаны и испытаны жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) ОРМ-52 на азотно-кислотно-керосиновом топливе, электрический ракетный двигатель, ракеты РЛА-1 – РЛА-3, РЛА-100. С сентября 1933 года – начальник 1-го отдела Ленинградского отделения Ракетного научно-исследовательского института (РНИИ), с января 1934 года – начальник азотно-кислотного сектора РНИИ (с 1937 года – НИИ-3). В 1936-1938 годах – главный конструктор ЖРД. За этот период В.П.Глушко разработаны двигатели ОРМ-53 – ОРМ-101, в том числе и первый в мире двигатель, предназначенный для полёта человека (ОРМ-65).
23 марта 1938 года Глушко был арестован органами НКВД г. Москвы по доносу.. На основании актов технической экспертизы, проведенной в институте по заданию НКВД, 15 августа 1939 года Особое Совещание при НКВД приговорило Глушко к 8 годам исправительно-трудовых лагерей, но впоследствии он был оставлен для работы в техническом бюро. Сначала он был направлен на московский авиационный моторостроительный завод в Тушино, где занимался разработкой проекта вспомогательной установки ЖРД на двухмоторном самолете С-100 для форсирования маневров самолета, а затем в 1940 г. в Казань для продолжения работ.
Под руководством В.П. Глушко за период до 1944 г. было создано семейство вспомогательных авиационных ЖРД РД-1, РД-1ХЗ, РД-2 и РД-3 с насосной подачей азотной кислоты и керосина, с регулируемой тягой и максимальной тягой у земли от 300 до 900 кг. Эти двигатели прошли в 1943-46 гг. наземные и летные испытания. По письму Берии от 16.06.1944 г. на имя И.В. Сталина с просьбой о досрочном освобождении конструкторов за выполнение работ, имеющих важное оборонное значение, 27 июля (фактически – 2 августа) 1944 г. В.П. Глушко был освобожден. С декабря 1944 года был назначен главным конструктором ОКБ-СД. За это период проведены наземные и лётные испытания ЖРД РД-1 на самолётах Пе-2Р, Ла-7Р, Як-3 и Су-6. Разработан трёхкамерный азотно-кислотно-керосиновый ЖРД РД-3 тягой 900 кг, проведены официальные стендовые испытания ЖРД РД-1ХЗ с химическим повторным зажиганием. В 1945 году – заведующий кафедрой реактивных двигателей Казанского авиационного института. В июле-декабре 1945 года и мае-декабре 1946 года находился в Германии, где занимался изучением трофейной немецкой ракетной техники.
В 1941-74 гг. В.П. Глушко – главный конструктор, в 1974-89 гг. – генеральный конструктор НПО «Энергия». С 1946 г. была начата разработка мощных ЖРД. В 1948-53 гг. под руководством Валентина Петровича в ГДЛ-ОКБ создаются ЖРД для первых отечественных ракет дальнего действия и научных геофизических ракет. ЖРД конструкции ГДЛ-ОКБ в 1957 г. обеспечили запуск первого в мира искусственного спутника Земли, а в 1961 г. – старт космического корабля с Ю.А. Гагариным на борту. С 1962 г. начались полеты космических ракет серий «Космос», «Интеркосмос», на которых были установлены мощные двигатели, разработанные под руководством Глушко. В 1965 г. был создан ЖРД для мощной космической ракеты «Протон», обеспечившей в последующие годы доставку на Луну луноходов, взятие проб лунного грунта, запуск искусственных спутников Венеры и Марса, посадку аппаратов на Марс, получение изображений поверхности Венеры, полеты орбитальных станций «Салют».
Под непосредственным руководством Валентина Петровича были созданы орбитальные станции «Салют-6», «Салют-7» и «Мир». По его проекту была создана многоразовая транспортно-космическая система «Энергия-Буран». Кроме того, он возглавлял работы по совершенствованию пилотируемых космических кораблей «Союз» и разработке их модификаций «Союз Т» и «Союз ТМ», а также грузового корабля «Прогресс».
Жил в Москве. Умер 10 января 1989 года. Награждён 5 орденами Ленина (20.04.1956, 2.09.1958, 30.08.1968, 1978, 198..), орденами Октябрьской Революции (26.04.1971), Трудового Красного Знамени (16.09.1945), медалями. Лауреат Ленинской (1957) и Государственных (1967, 1984) премий СССР. Награждён Золотой медалью имени К.Э. Циолковского Академии наук СССР (1958).