В первые дни войны большинство мужчин ушло на фронт.

Как и везде все работы в хозяйстве легли на плечи стариков, женщин, девушек и подростков. В Омской области трудилась за рычагами трактора и Валя, помогая своей большой семье.
С осени 41го она писала заявление с просьбой призвать на военную службу и отправить в действующую армию…Лишь летом 1942 года ее просьба была удовлетворена. На ускоренных курсах она приобретает специальность механика - водителя танка.
Боевое крещение Валентина приняла на подступах к Сталинграду. Бои шли тяжелые. Не считаясь с потерями, враг рвался к Волге. Вместе со своими товарищами по экипажу делила девушка трудности фронтовой жизни. Вскоре на ее боевом счету уже значились десятки уничтоженных фашистов, несколько выведенных из строя дзотов, орудий и два танка. Грудь отважной сибирячки украсила первая награда - медаль «За отвагу». После неоднократных ранений возвращалась на передовую за рычаги «тридцатьчетверки». Воевать пришлось и на «Валентайнах».
В конце 1943 года за отвагу и мужество, проявленные в боях при форсировании Днепра, Валентина Бархатова была награждена орденом Красной Звезды.
8 апреля 1944 года началась Крымская наступательная операция с целью полного освобождения Крыма от немецко-фашистских захватчиков. В битве за Севастополь танк старшего сержанта Валентины Бархатовой подавил огневую точку противника… На рассвете 9 мая 1944 года командирский танк, в составе экипажа которого в качестве радистки была Валентина, во время движения в прифронтовой полосе подорвался на фугасе или неразорвавшейся авиабомбе. Вместе с погибшими командиром роты и другими танкистами Валентина Сергеевна Бархатова была похоронена в центре Симферополя в братской могиле.
Посмертно она награждена орденом Отечественной войны второй степени. В Омске имя Валентины Бархатовой присвоено улице в Первомайском районе, на одном из домов которой установлена мемориальная доска.
« Ноябрь (1942 г.)
Здравствуйте, дорогие мама, Павлик! Пламенный привет от Валентины Бархатовой.
…Как видите, я жива, здорова и беспокоиться обо мне не надо «смелого пуля боится». А наша бронь пуль не боится. Машины громадные. Вот такую, как на конверте, вожу и я, скорость и маневренность приличные. Трудно, но интересно, это письмо я пишу уж из новой части …хоть я всегда из девушек в таких частях одна.
… спать приходится 3-4 часа, кос у меня давно нет. Подстрижена под кружок, сфотографироваться хочется, да уж одичали по лесам густым.
… артиллерия у нас хорошая. Любо слушать, как «Катюша» бьет. По утрам артподготовка. К грохоту привыкла, да в машине все время тоже.
Привыкаю к новой обстановке. Обо мне не беспокойтесь. Я буду обязательно жива. Обязательно. Буду писать вам письма чаще. Я верю, что я вернусь. Фрицы закапываются, роют, сносят деревни, грабят беспощадно население и готовятся к зиме. Зима решит исход войны.»
«Октябрь, 43 г., р-н Мелитополя
Дорогая мама! Павлик, Мария, Лора и Валек.
Сообщаю вам, родные мои, что я жива и здорова. Нахожусь на фронте. Снова бои, атаки. Чтобы быть живым, надо убивать. Странно вам? Мама! Беспокоюсь о тебе больше всего. Но я не плачу. Я привыкла горе переносить без слез. Пишу в траншее накрытой, похожей на блиндаж. «Костыль» кидает бомбы и зажигалки. Предрассвет. Почти тихо. Скоро забьет артиллерия, потом штурмовики, а потом атака. Изредка бьет миномет. Бомбят совсем близко. Страшно бывает так часто, надоело. Вот и все.»
«Без даты
Дорогая моя, родненькая мама!
Полк наш отвели на отдых. И теперь я отдыхаю. И, кажется, все-таки конца не видно. Мама! Обо мне не беспокойся, как видишь, я выжила, пройдя огонь, воду и медные трубы. Мамочка! Очень соскучилась о вас. Пожила я среди солдат, увидела все гадкое нутро войны.
Вообще, кажется, я не изверг, убивать больше не хочу. Мама! Домой приеду не скоро, а надоело…»