Мигунов подготовил 12 молодых истребителей, стал летчиком-инструктором I класса, успешно закончил заочный факультет МАИ. А в душе все больше крепла мечта об испытательной работе. В ее осуществлении большую роль сыграла встреча с Заслуженными летчиками-испытателями Ю.А. Антиповым, В.И. Кузнецовым и А.К. Стариковым. Они не просто прониклись заветным желанием более молодого коллеги, но по достоинству оценили его опыт и подготовку. Помощь корифеев испытательного дела сыграла свою роль, и в июле 1969 г. 33-летний майор Мигунов прибыл в Ахтубинск для службы в ГК НИИ ВВС. Он, конечно, не мог знать, что предстоит более двух десятилетий прожить среди бескрайних степей, на берегах могучей Волги, бок о бок с замечательными людьми, рисковавшими жизнями ради прогресса авиации.
Школы испытателей в Ахтубинске тогда еще не было, и "новобранцы" Института учились, будучи на штатных должностях. Под присмотром командиров и более опытных коллег они шли от простого к сложному. Так было и с Мигуновым. Начинал он с освоения Су-7БМ. Программу переучивания, включавшую полеты по кругу, в зону на простой и сложный пилотаж, потолок, разгон до максимального числа М, выполнил за неделю. Проверяя технику пилотирования нового летчика, зам. командира эскадрильи Л.Н. Петерин слетал с ним на Су-7У, после чего отметил: "Хорошо слетал, Валера. Вот в такой манере и выполняй испытания — не рви машину, школа у тебя правильная, не ломай ее. Чувствуется инструкторская закваска, очень полезная в нашем деле".
Летная жизнь в Институте кипела, две ВПП еле справлялись с приемом самолетов, а налет составлял 20-25 ч в месяц на пилота. На новых для себя машинах Су-9, Су-11, Су-15, Як-28П, Як-25РВ, МиГ-19М Мигунов летал с упоением, не зная усталости. В марте 1971 г. он выполнил свой первый полет на МиГ-23, существенно отличавшемся от всех предыдущих истребителей. Многотипье не мешало, наоборот, позволяло не бояться новизны, получать представления об особенностях самолетов разных КБ, быстро адаптироваться к ним.
Одной из первых самостоятельных работ Мигунова в Институте стал облет самолетов-мишеней, едва не ставший для него роковым. Отрабатывая на МиГ-19ММ "змейку" на высоте 2000 м, вместо правого тумблера он механически отключил левый, что привело к введению в действие режима ликвидации машины. Ручка управления мгновенно отклонилась на пикирование, пилота швырнуло к фонарю с отрицательной перегрузкой в 6 единиц, стекло шлема разлетелось вдребезги, из планшетки вылетели все бумаги. Намерение катапультироваться было стерто чувством вины за случившееся. Через 2 секунды Мигунов отключил автопилот. Но самолет уже пикировал с углом 80". Энергичным маневром летчик смог вывести машину в горизонт. Пульс зашкаливал, но, несмотря на стресс, задание он все же выполнил: пошел в зону и отъюстировал автопилот.
