W 1879 Vallery-Radot został sekretarzem Charlesa de Freycinet (ministra obrony i spraw zagranicznych oraz premiera Francji). 4 listopada tego roku poślubił Marie-Louise Pasteur, córkę Louisa Pasteura, z którą miał dwoje dzieci, Camille i . W latach 1879-1895 pomagał Louisowi Pasteurowi w konfrontacji z jego krytykami. Nawiązał kontakt z prasą i otrzymał od teścia zadanie przeglądania listów, odpowiedzi polemistom i przemówień. Dbał o zdrowie Pasteura i towarzyszył mu w podróżach wymuszonych licznymi zaproszeniami, które otrzymywał z całej Francji.
W 1884 Vallery-Radot opublikował biografię Louisa Pasteura Histoire d'un savant par un ignorant. Brał udział w inauguracji Instytutu Pasteura w 1888, a także w uroczystości jubileuszowej na Sorbonie w 1892. W 1895, po śmierci Pasteura, rozpoczął pisanie jego kolejnej biografii La vie de Pasteur (opublikowanej w 1900), która szybko została przetłumaczona na wiele języków.
W 1912 Vallery-Radot wydał w bardzo ograniczonym nakładzie album Pasteur, dessinateur et pastelliste, w którym zebrane były portrety matki, ojca, sąsiadów, przyjaciół i krewnych Louisa Pasteura.