В свой сверхдальний перелет экипаж Гризодубовой вылетел утром 24 сентября, в 8 часов 12 минут, со Щелковского аэродрома. Над Уралом отказала радиосвязь. Валентина Степановна позже говорила, что это было не случайно: им неправильно дали частоты, на которых связь должна была вестись. А вскоре произошла беда, у Марины Расковой в астролюк вытянуло полетные карты. В те времена да и в малой авиации сегодня самолетовождение осуществляется по принципу сличения полетной карты с пролетаемой местностью. Если полетных карт нет, то штурман превращается в пассажира; под самолетом незнакомая местность, радиомаяки не работают, да и оборудование тех самолетов не позволяло точно вести самолет по курсу. Единственно надежным прибором на самолете «Родина» оставался магнитный компас. Казалось, полет обречен на провал, при отсутствии связи и без полетных карт полет можно было прекращать. Повторялась ситуация с полетом Леваневского. А будет ли еще шанс повторить перелет? Известно, что наши женщины не менее упрямы, чем мужчины. Гризодубова приняла верное решение — взяла магнитный курс 90 и старалась, не отклоняясь, выдерживать его. Раскова пыталась определить местоположение самолета по астронавигации, но для этого нужен был опыт, которого у нее, к сожалению, было немного. Поскольку Гризодубова подняла самолет на высоту более 7000 метров, то Раскова, открывая астролюк, чуть было не обморозилась, на этой высоте была минусовая температура. Шли в облачности, снос определить не могли — тогдашние навигационные приборы не позволяли этого. После пролета Байкала они вышли на границу с Китаем, каким-то особым летным чутьем Гризодубова не допустила пересечения границы и провела самолет вдоль Амура, как по ниточке. Вышли в район Шантарских островов, а не Хабаровска, как предполагалось (сегодня бы сказали: экипаж потерял ориентировку) и только над океаном визуально определились, что суша закончилась, — мировой рекорд дальности установлен. Гризодубова повернула самолет на 180 градусов, пересекла линию побережья и летела до полной выработки топлива. Когда загорелась красная лампочка (осталось 30 минут полета), Гризодубова присмотрела место для вынужденной посадки — происходило это в районе Амуро-Амгуньского междуречья. Так как Марина Раскова сидела в застекленной кабине в носовой части самолета, которая при посадке могла разбиться, Гризодубова приказала ей прыгать. Та с неохотой, но прыгнула. Когда открылся парашют, то у нее сорвало один унт. Но на этом ее приключения не закончились. После приземления она умудрилась потерять ориентировку уже на земле, пошла от севшего неподалеку самолета совсем в другую сторону. С запасом шоколада и с пистолетом она шла, пока не застала ее ночь. Заночевала, утром снова пошла. Затем у нее произошла встреча с медведем, но, к счастью, хозяин тайги не тронул ее. На десятые сутки она настолько обессилела, что нашедшие ее поисковики вынесли к самолету на носилках. Гризодубова с Осипенко совершили блестящую посадку на поверхность замерзшего озера, так называемую гать, без шасси, практически не повредив самолетa (были только слегка погнуты законцовки винтов), так что позже муж Гризодубовой, летчик-испытатель Соколов Виктор Александрович, перегнал самолет в Москву. 10 дней поисков, за которыми следил весь мир, ознаменовались драматическими событиями. На поиски женского экипажа было привлечено более 50 самолетов Особой Дальневосточной армии. Искать женский экипаж на ТБ-3 вылетели командир авиационной дивизии Сорокин и комбриг Бряндинский, бывший штурман Коккинаки. Экипаж Бряндинского при подлете к месту посадки самолета «Родина» не заметил сближения с другим, летящим рядом самолетом Сорокина и обрубил пропеллером ему хвост. Оба самолета упали на землю и разбились. Погибли 16 человек. Об этой катастрофе долгие годы ничего не сообщалось, из тайги даже не вывезли тел погибших. Катастрофа произошла на глазах у летчиц, и, естественно, она омрачила радость спасения женского экипажа. О спасении летчиц центральная печать дала сообщение только 4 октября. Возвращение героинь в Москву было триумфальным.
Сегодня находятся люди, которые пытаются дискредитировать великое достижение отечественной авиации, обвинить Гризодубову в трагическом исходе экспедиции по спасению экипажа «Родины», хотя она к этой трагедии не имела ни малейшего отношения.