С 1930 года Доронин служил в Гражданской авиации командиром транспортного самолёта, совершал регулярные рейсы на авиалинии Иркутск-Якутск-Бодайбо, первым проложил воздушную трассу из Иркутска в Усть-Среднекан на Колыме, в сложных метеоусловиях при практически нулевой видимости преодолел Верхоянский хребет. В 1930 году принимал участие в экспедиции, которая исследовала Карское море. Для участия в экспедиции по спасению челюскинцев вместе с М. Водопьяновым и В. Галышевым в сложнейших метеоусловиях совершил перелёт Хабаровск-Ванкарем протяжённостью около 6000 километров. За мужество и героизм, проявленные при спасении челюскинцев, 20 апреля 1934 года Доронину И.В. присвоено звание Героя Советского Союза.

В 1939 году Иван Васильевич окончил Военно-воздушную академию имени Н.Е. Жуковского. После нее служил начальником лётно-испытательной станции авиазавода сначала в Москве (1939-1940 гг.), а затем в Химках Московской обл. (1940-1947 гг.). В годы войны под его руководством было испытано и отправлено на фронт несколько тысяч боевых самолетов.

С 1947 года Доронин И.В. ушел в отставку в звании полковника. Скончался 2 февраля 1951 года. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.

Награждён двумя орденами Ленина, орденами Красного Знамени, Отечественной войны 1-й степени, Красной Звезды, медалями. Его именем названы улицы в Астрахани и Москве.