Учасник німецько-радянської війни з квітня 1942 року. Воював комісаром танкової роти 53-й важкої танкової бригади 11-го танкового корпусу . Брав участь у Воронезько-Ворошиловградській оборонній операції на Брянському фронті, воював у важких оборонних боях на Воронезькому напрямі (райони Задонська, Спаського, Перекопівка). У боях Валентин Павлов виявив мужність і стійкість, демонстрував бійцям приклад особистої відваги. Багаторазово заміняв поранених механіків і водив танки в атаку. Потім брав участь у контрударах під Воронежем в липні-серпні 1942 року, в Сєвській наступальній операції на Центральному фронті .