После окончания академии ПВО Валерий Сергеевич Ефименко служил в войсках ПВО СССР на должностях инженера-испытателя и младшего научного сотрудника. С 1973 г. проходил обучение в очной адъюнктуре ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского на кафедре автоматизированных систем радионавигации и радиосвязи. После успешного окончания адъюнктуры проходил службу на должностях старшего научного сотрудника и начальника лаборатории в Киевском высшем военном авиационном инженерном училище.

В ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского с 1984 г.

За время научной и педагогической деятельности В. С. Ефименко выполнены фундаментальные и прикладные исследования в области применения теории оптимальной фильтрации к задачам синтеза и анализа систем радиосвязи и радионавигации, в частности, в области повышения помехозащищенности систем связи и радионавигации на основе пространственно-временной обработки сигналов и адаптивной компенсации помех.

Автор 2 учебников, 3 монографий, 9 изобретений и более 110 научных статей. В настоящее время является соруководителем всероссийской и признанной в мире научной школы «Статистическая радиотехника и методы оптимального построения систем радиосвязи и радионавигации».

Под его непосредственным руководством подготовлено 11 кандидатов технических наук.

Работает над созданием отечественной помехозащищенной навигационной аппаратуры потребителей спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС.

После увольнения из Вооруженных Сил в 1998 г. работал профессором кафедры автоматизированных систем радионавигации и радиосвязи ВВА.

Награжден 10 медалями.