Придя на дипломатическую работу в самом начале 1950-х годов, он в 1971-1982 годах стал послом СССР в ФРГ, с 1986 по1988 был председателем правления Агентства печати "Новости" (АПН), а с 1988 года возглавлял международный отдел ЦК КПСС.
Фалин один из тех, кто был причастен к формированию внешней политики СССР. Он консультировал руководителей страны от Хрущева до Ельцина. Работая в ЦК и в МИД, готовил аналитические доклады и тексты посланий советского руководства. Например, при его непосредственном участии создавались письма, которые Кремль направлял в Вашингтон во время Карибского кризиса. Как отмечал сам Валентин Михайлович в интервью, он несколько раз становился свидетелем того, как мир балансировал на грани ядерной катастрофы.
Его отличал взвешенный и продуманный подход к проблемам. При этом он не боялся высказывать свое мнение руководству. Например, Фалин возражал против ввода советских войск в Афганистан. Будучи руководителем Международного отдела ЦК КПСС, он выступал против принятых Кремлем условий объединения Германии, которое обернулось для СССР значительными потерями. Например, советская сторона получила только 14 миллиардов немецких марок компенсации, в то время, как могла бы рассчитывать на 125 миллиардов.
"Выводя войска, мы оставили в Германии ценностей на триллионы, так что спокойно могли просить миллиарды. Скажем, при Эрхарде, федеральном канцлере ФРГ в 1963-1966 годах, нам предлагали за то, что мы разрешим объединение Германии, 125 миллиардов марок. Сегодня, это, как минимум, в два раза больше. А мы получили всего 14 миллиардов, на строительство казарм, да и то половину из них разворовали", - вспоминал Фалин в 2010 году в одном из интервью.
В 1986 году именно Валентин Михайлович предложил сделать празднование тысячелетия Крещения Руси национальным событием.Фалин был не согласен со многими действиями российского руководства после распада СССР, поэтому уехал жить в Гамбург, получив приглашение от немецкого политика Эгона Бара. Там он был профессором истории в Институте изучения проблем мира и безопасности. Свой отъезд Фалин объяснил тем, что не может видеть конец Советского Союза и той системы, для которой он работал всю жизнь.
В 2000 году Валентин Михайлович вернулся в Россию. Здесь он читал лекции в МГИМО, с 2011 года возглавил экспертный совет международного комитета движения "Интернациональная Россия". Кроме того, до самой смерти оставался вице-президентом Международного общества "Россия-Германия". Валентин Михайлович всегда пользовался уважением немецкой стороны.