Popri práci v textilom závode ďalej študovala prostredníctvom korešpondenčných kurzov. Po ukončení štúdií na strednej priemyselnej škole textilnej ju zapojili do komsomolskej, neskôr straníckej práce. Od mladosti sa zaujímala o parašutizmus a lietanie. Obidva sny si v dospelosti splnila, keďže sa stala parašutistkou-amatérkou a študovala pilotáž.
V konečnom výbere sa o miesto prvej ženy smerujúcej do kozmu stretla s dvoma ďalšími uchádzačkami Valentínou Ponomariovovou a Irinou Soloviovovou, nad ktorými ju pravdepodobne favorizoval aj jej robotnícky pôvod. O jej nominácii definitívne rozhodol vtedajší šéf Kremľa Nikita Sergejevič Chruščov.
Bezváhový stav znášala veľmi zle
Prvú sovietsku kozmonautku vyniesla na obežnú dráhu Zeme raketa Vostok. Let vtedy 26-ročnej Tereškovovej do vesmíru, ktorý sa začal 16. júna 1963, neprebiehal celkom hladko. Už jeho začiatok preložili kvôli technickým ťažkostiam aj zvýšenej slnečnej aktivite. Riadiace stredisko odhalilo chybu v príprave a muselo preprogramovať motory, aby nedošlo k vážnej nehode pri pristávacom manévri.
Tereškovovú trápila kozmická nemoc a únava. Pobyt v bezváhovom stave znášala veľmi zle. Stavy nevoľnosti boli u nej natoľko vážne, že musela vypustiť všetky naplánované testy a pozemné riadiace stredisko dokonca uvažovalo o predčasnom ukončení letu. Na palube, v malom stiesnenom priestore vraj zaspávala, čo neskôr odborníci pripisovali psychickému stresu. Na Zemi pristála 19. júna 1963. Podobne ako Jurij Gagarin sa aj Tereškovová pri pristáti katapultovala. Z vesmíru sa hlásila ako Čajka a vlajka s týmto vtákom dodnes zdobí strechu jej rodinného domu.
Vo vesmíre bol aj manžel
V roku 1963, tri mesiace po návrate zo svojej kozmickej misie, sa Tereškovová, priamo v Kremli, za prítomnosti Chruščova vydala za sovietskeho kozmonauta Andrijana Nikolajeva (sovietskeho kozmonauta, ktorý v roku 1962 pilotoval kozmickú loď Vostok 3 a v roku 1970 velil kozmickej lodi Sojuz 9).
O rok neskôr sa im narodila dcéra Jelena, ktorá sa tak stala prvým dieťaťom, ktorého obaja rodičia boli vo vesmíre (Jelena sa stala lekárkou). Manželstvo sa v roku 1980 rozpadlo a Tereškovová sa neskôr vydala za vojenského lekára Julija Šapošnikova, s ktorým žila až do jeho smrti v roku 1999. Ďalší let do vesmíru však už neabsolvovala. Pätnásť rokov po prvom lete sa pokúsila o návrat do výcvikového strediska, neprešla však zdravotnými testami.
Po návrate z kozmu ju prehlásili za Hrdinu Sovietskeho zväzu, povýšili ju do hodnosti kapitána a vymenovali do vysokej straníckej funkcie. Po roku 1966 bola Valentína Tereškovová poslankyňou Najvyššieho sovietu ZSSR, viedla Výbor sovietskych žien a od roku 1989 bola predsedníčkou Medzinárodnej demokratickej federácie žien. V roku 1969 vyštudovala Akadémiu vojenského letectva Nikolaja Jegoroviča Žukovského a získala titul inžinier letec-kozmonaut. V armáde bola až do penzionovania v roku 1997, keď už mala dva roky hodnosť generálmajora letectva.
Generálmajorka letectva Valentína Vladimírovna Tereškovová dostala mnoho vyznamenaní od Leninovho radu, cez Hrdinu Sovietskeho zväzu až po Zlatú mierovú medailu OSN. V roku 2000 jej v britskej metropole Londýne udelili titul „Žena storočia“.