22 квітня 2021 року був призваний на строкову військову службу Куп’янським ОМТЦК та СП Харківської області. Після проходження підготовки направлений до військової частини міста Калинівка Вінницької області. У серпні 2021 року Валерій підписав контракт та продовжив службу у лавах Національної гвардії України. Він служив гранатометником 1 відділення 2 взводу роти оперативного призначення (на бронеавтомобілях) 1 батальйону оперативного призначення Західного оперативно-територіального об’єднання НГУ. З перших днів повномасштабного вторгнення російської федерації 24 лютого 2022 року Валерій разом із побратимами брав безпосередню участь у бойових діях, зокрема у захисті міста Києва та Київської області. З 17 серпня 2022 року, відповідно до наказу командира військової частини , вибув до складу оперативно-тактичного угрупування для виконання бойових завдань у районі міста Сіверодонецьк, а згодом — у район населеного пункту Білогорівка Луганської області. 28 вересня 2022 року солдат Гончаренко Валерій Романович у складі підрозділу виконував бойові завдання на нульових позиціях поблизу Білогорівки. Побратими згадують його як людину слова, мужності та внутрішньої сили, справжнього воїна, який до кінця залишався в строю.