Валерий Сарычев дебютировал в московском «Торпедо» летом 1982 года. Ещё будучи вратарём «Памира», он приглянулся главному тренеру автозаводцев Валентину Иванову. Валерий сам позвонил Валентину Козьмичу и получил приглашение в команду.
На предсезонном турнире московских клубов его игра не произвела особого впечатления — в матче со «Спартаком» он пропустил четыре мяча. В чемпионате СССР-1982 Сарычев появился на поле всего однажды: в Баку, при счёте 2:0 в пользу «Торпедо», заменил Вячеслава Чанова и провёл на поле две минуты, за которые по его воротам не было нанесено ни одного удара. Таким образом, он остался единственным вратарём чемпионата, не пропустившим ни одного гола.
Сезон-1983 Валерий провёл в глубоком резерве. Единственный выход на поле пришёлся на матч в Ленинграде против «Зенита», где он заменил Чанова уже на восьмой минуте. Игра сложилась неудачно — Сарычев пропустил три мяча, а автозаводцы уступили 2:3. Пресса тогда отметила заметную разницу в уровне игры между первым и вторым голкипером «чёрно-белых».
Возможно, Сарычев ещё долго оставался бы в запасе, но в сезоне-1984 травму получил Чанов. Валентину Иванову пришлось доверить место в воротах Валерию Константиновичу, и тот полностью оправдал ожидания: играл спокойно, надёжно, ошибался редко, а выручал часто. Когда Чанов восстановился, он вскоре снова получил повреждение, и тогда тренер окончательно сделал ставку на Сарычева.
Завоевав с большим трудом место основного голкипера, Валерий неожиданно уступил его молодому таланту Дмитрию Харину. Сезон-1985 завершал уже Харин, в 1986-м он стал основным, а в 1987-м Сарычев вышел на поле лишь в концовке чемпионата, когда молодой вратарь оказался в немилости у Валентина Иванова. Казалось, карьера Валерия идёт на спад.
Перелом наступил с приходом нового конкурента. В межсезонье «Динамо» и «Торпедо» обменялись вратарями: Харин отправился в "Динамо", а его партнёр по олимпийской сборной Алексей Прудников перешёл в автозаводский клуб. Сарычев подошёл к сезону в отличной форме, и Прудников быстро оказался в резерве. Валерий действовал легко и уверенно, избавившись от прежней осторожности. «Торпедо» спустя 11 лет вернулось на пьедестал, а бронзовые медали стали достойной наградой вратарю за выдержку и труд.
Три следующих сезона Сарычев провёл на высоком уровне, оставаясь одним из ключевых игроков команды.
В 1991 году, на пике карьеры и будучи признанным лучшим вратарём СССР, Сарычев неожиданно покинул «Торпедо». Главный тренер откровенно сообщил ему о решении сделать ставку на более молодого Александра Подшивалова. Это стало одним из резонансных эпизодов бурных перемен в команде того времени. После ухода из клуба Валерий продолжил карьеру за границей — в чемпионате Южной Кореи, где стал одним из первых советских футболистов, закрепившихся в азиатском футболе.