Valčík se vyučil koželuhem a tomuto povolání se kromě období vojenského výcviku také věnoval. Krátce po začátku druhé světové války, v srpnu roku 1939, utekl z Československa. O necelý rok později ve Francii narukoval do československé zahraniční armády, se kterou jako příslušník druhého pěšího pluku bojoval po boku Francie proti německým vojskům. V červenci téhož roku byl po obsazení Francie s armádou transportován do anglického Liverpoolu, kde byl jmenován rotmistrem.
V Británii se začal Valčík dobrovolně angažovat v pomoci okupovanému Československu. Nejprve podstoupil speciální desetidenní paravýcvik na letišti u Manchesteru, následně se přesunul do skotské Special Training School, kde získával zkušenosti speciálních britských jednotek od příslušníků elitní Skotské gardy. Před odletem do Československa absolvoval ještě několik výcviků včetně parašutistického kurzu.
Pamětní deska v Brně.
Na konci výcviku byl vybrán do výsadku Silver A, jehož hlavním úkolem bylo udržování kontaktu s Anglií a předávání důležitých zpráv o dění v protektorátu prostřednictvím vysílačky. V noci z 28. na 29. prosince 1941 provedl společně se skupinami Anthropoid a Silver B výsadek. Na základě falešných dokladů se stal Miroslavem Šolcem z Hodonína.
V lednu 1942 byl Valčík povýšen na podporučíka a získal Československý válečný kříž za statečnost.
V Praze se aktivně podílel v přípravách na atentát na Reinharda Heydricha, který byl uskutečněn 27. května 1942. Několik dní po akci se ukryl v kostele svatého Cyrila a Metoděje. Zde se až do posledních chvil od odhalení spolu s ostatními hrdiny bránil gestapu. Svůj život ukončil 18. června 1942 v kryptě kostela sebevraždou. Bylo mu 27 let.
V roce 2002 byl Josef Valčík in memoriam povýšen do hodnosti plukovníka.
