В ночь на 26 апреля 1986 года Ходемчук находился в одном из насосных отделений ГЦН энергоблока № 4, выполняя плановые переключения на оборудовании. Примерно в 01:23 (Московское время) на энергоблоке № 4 произошла серия мощных взрывов. Взрывы уничтожили ядерный реактор и окружающее его здание, в том числе главные циркуляционные насосы. Валерий Ходемчук был первым человеком, погибшим в результате аварии на ЧАЭС, так как считается, что он погиб мгновенно, под обломками конструкционных материалов.