После излечения В. И. Косолапов прошёл переобучение на штурмовике Ил-2, получил звание старшего лейтенанта и летом 1944 года был направлен на 1-й Прибалтийский фронт, где с 22 июня 1944 года приступил к боевой работе в должности заместителя командира эскадрильи 594-го штурмового авиационного полка 332-й штурмовой авиационной дивизии 3-й воздушной армии. В этой должности Валентин Иванович участвовал в Витебско-Оршанской, Полоцкой и Шяуляйской операциях стратегической операции «Багратион». В ходе освобождения Белоруссии и Прибалтики лётчики полка выполняли боевые задачи по штурмовке переднего края обороны противника и его ближайших резервов. В ходе боёв старший лейтенант Косолапов неоднократно демонстрировал образцы мужества и отваги. Прорываясь сквозь плотный зенитный огонь, он всегда выходил на цель и выполнял поставленную боевую задачу. Так, 29 июня 1944 года при штурмовке вражеской колонны юго-западнее Полоцка один из моторов Ил-2 Валентина Ивановича был повреждён огнём зенитной артиллерии. На одном моторе он сделал два захода на цель, после чего благополучно посадил самолёт на ближайший советский аэродром. Когда врагу удалось задержать продвижение наземных войск у Зелёного Городка на штурмовку позиций немецкой артиллерии была направлена группа штурмовиков под командованием старшего лейтенанта Косолапова. Прорвавшись через плотный зенитный огонь, советские штурмовики тремя заходами подавили огонь артиллерийских и миномётных батарей противника, дав возможность наземным частям овладеть опорным пунктом немецкой обороны.