Родился 8 января 1923 года в деревне Утехово (ныне не существует, территория Ильинского района Ивановской области). Окончил среднюю школу. С 12 августа 1940 года в рядах Красной Армии, призван Ростовским РВК (Ярославской области), зачислен в кадры переменного состава курсантом 6-й роты Борисоглебской военной авиационной школы пилотов. В 1941 году окончил её с присвоением воинского звания сержант и направлен во 2-й ЗИАП ВВС Московского военного округа (станция Сейма, Горьковской области).

С 9 августа 1942 года сержант Н. И. Вялов в действующей армии. Воевать начал на Брянском фронте в составе 50-го ИАП (286-я ИАД, 15-я Воздушная армия). Совершил 14 боевых вылетов на ЛаГГ-3, провёл 3 воздушных боя, побед не имел.

20 октября 1942 года старший сержант Н. И. Вялов был переведён в 19-й ИАП (19 августа 1944 года преобразован в 176-й Гвардейский ИАП), который проходил переформирование в Московском военном округе (город Люберцы). 27 декабря 1942 года полк прибыл на аэродром Бутурлиновка, где вошёл в состав 269-й ИАД. 2 января 1943 года приступил к боевой работе на Воронежском фронте (в составе 2-й Воздушной армии), летая на Ла-5. 20 марта 1943 года полк убыл в 4-й ЗИАП Приволжского военного округа (город Моршанск, Тамбовская область) на доукомплектование. С 3 по 25 июля 1943 года находился в резерве 2-й Воздушной армии, боевой работы не вёл, занимался по плану учебно-боевой подготовки. 4 августа 1943 года полк убыл на аэродром Чкаловское (Московский военный округ) в распоряжение Командующего ВВС КА, а в сентябре 1943 года прошёл очередное переформирование. С 8 января 1944 года приступил к боевой работе на 1-м Украинском фронте, как Отдельный истребительный авиационный полк свободных охотников, находясь в непосредственном подчинении штаба 2-й Воздушной армии.

6 июня 1944 года полк был передан в состав 16-й Воздушной армии (1-й Белорусский фронт), где первым в ВВС Красной Армии прошёл перевооружение на новые истребители Ла-7. С 7 июля 1944 года приступил к боевой работе на 1-м Белорусском фронте (в составе 6-й Воздушной армии), 19 августа был возвращён в состав 16 Воздушной армии, а в январе 1945 года передан в оперативное подчинение командования 3-го ИАК. Участвовал в боях за освобождение Варшавы и взятие Берлина.

К 9 мая 1945 года командир звена 176-го Гвардейского истребительного авиационного полка (3-й истребительный авиационный корпус, 16-я Воздушная армия, 1-й Белорусский фронт) Гвардии лейтенант Н. И. Вялов совершил более 150 боевых вылетов, провёл около 40 воздушных боёв и сбил лично 8 самолётов противника.

После окончания войны продолжал служить в ВВС. С 17 мая 1951 года Гвардии майор Н. И. Вялов - в запасе.

Награждён орденами: Красного Знамени (25.07.1944, 21.12.1944); медалями, в том числе "За боевые заслуги" (15.11.1950).