После окончания института Вадим Алексеевич Бухалев — инженер научно- исследовательской лаборатории ОКБ А. С. Яковлева. Призванный в Вооруженные Силы В. А. Бухалев был направлен в ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, где проходил службу на факультете авиационного вооружения. Прошел путь от инженера научно-исследовательской лаборатории до профессора кафедры управляемых авиационных ракет.

С 1980 г. В. А. Бухалев в течение 15 лет возглавлял одну из ведущих научно- исследовательских лабораторий академии. Здесь полностью раскрылся его талант исследователя и способности организатора военно-авиационной науки. В течение ряда лет В. А. Бухалев осуществлял научное руководство проблемной лабораторией ГосМКБ «Вымпел».

Профессор Бухалев — создатель научной школы с новым направлением в теории марковских случайных процессов — «Системы со случайной скачкообразной структурой». На основе этой теории им разработано новое научно-прикладное направление «Алгоритмическая защита систем наведения ракет от информационного, маневренного и огневого противодействия».

Является автором более 130 научных трудов, среди них монографии, учебники, учебные пособия, статьи, содержащие фундаментальные научные результаты, получившие признание не только в нашей стране, но и за рубежом.

Имеет правительственные награды.