Le 19 décembre 2015, il se classe quatrième du meeting d'Aulnay-sous-Bois avec , derrière son frère Renaud (), Jérôme Clavier et Kévin Menaldo (). Début avril, pendant un stage sur l'Ile de la Réunion, Valentin Lavillenie améliore son record personnel en plein air à , performance qui le permet de se qualifier pour les Jeux olympiques de Rio et les Championnats d'Europe d'Amsterdam. Il confirme sa régularité en Allemagne où il franchit successivement puis à Deux-Ponts, avant d'échouer de peu à .