После окончания училища Валерий Яковлевич Головин проходил службу на различных инженерных должностях ИАС.

С 1988 г. проходил обучение в ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского на ПРИС, а затем в адъюнктуре. Досрочно защитил кандидатскую диссертацию и назначен на должность начальника научно-исследовательской лаборатории кафедры «Эксплуатация авиационного оборудования и средства объективного контроля» факультета авиационного оборудования.

С 1996 г. — старший преподаватель кафедры «Управление организационно-техническими системами и инженерно-авиационным обеспечением» (с 1998 г. — общеакадемическая кафедра «Эксплуатация авиационной техники и организационно- технических систем»), а с 2000 по 2007 г. — начальник этой же кафедры.

После увольнения из Вооруженных Сил работал профессором кафедры. Основными научными и прикладными направлениями его деятельности являются: управление жизненным циклом наукоемкой продукции, интегрированная логистическая поддержка авиационной техники, моделирование систем и процессов.

Автор 65 научных и методических трудов, в том числе 2 учебников.

Подготовил 7 кандидатов технических наук.

Награжден орденом «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» 3 степени и медалями.