El verdadero momento de gloria de Valenzuela llegó en 1981, cuando fue llamado para abrir la temporada luego de la lesión del pitcher Jerry Reuss. Su debut como abridor fue impresionante: lanzó un partido completo contra los Astros de Houston y ganó 2-0.
A partir de ese momento, comenzó lo que se conocería como “Fernandomanía”. En esa temporada, Valenzuela no solo ganó el premio al Novato del Año, sino también el prestigioso Cy Young, siendo el único jugador en la historia en lograr ambos reconocimientos en el mismo año.
Con su inusual lanzamiento, una “screwball” que desconcertaba a los rivales, y su carisma, Valenzuela se convirtió rápidamente en el favorito de los aficionados. Durante sus primeros seis años en las Grandes Ligas, acumuló seis apariciones en el Juego de Estrellas y consolidó su lugar en la historia de los Dodgers.
Valenzuela fue una pieza clave para los Dodgers durante los años 80. En 1988, aunque no participó en la postemporada, fue parte del equipo que se consagró campeón de la Serie Mundial. Sin embargo, una lesión en el hombro a mediados de los 80 complicó su carrera. Aunque continuó como lanzador, no pudo recuperar el nivel que lo había llevado al estrellato.