Продовжив працювати на заводі інженером-конструктором, зарекомендував себе здібним молодим спеціалістом, швидко здобув авторитет, його обрали секретарем комітету комсомолу. Згодом Валентина Сергійовича направили для проходження служби в систему розвідки Комітету державної безпеки СРСР. Закінчив Вищі курси підготовки оперативного складу в м. Київ (1976), Інститут ім. Ю. Андропова в м. Москва (1980), Вищу школу КДБ СРСР, де навчався на факультеті підготовки керівного складу для роботи за кордоном зі знанням англійської та перської мов (1984). Пізніше здобув освіту у Вищій школі менеджерів при Державній академії управління Держкомнавчання СРСР за спеціальністю «Менеджмент ринкової економіки» (1991).
Валентин Дьомін тричі перебував у довгострокових закордонних відрядженнях в Афганістані, під час яких виконував функції співробітника консульського відділу та служби радника з економічних питань закордонного представництва. У 1980 р. у Джелалабаді добував розвідувальну інформацію, встановлював необхідні контакти з афганськими колегами і давав слушні поради, які сприяли успішному проведенню операцій. За його голову душмани навіть встановили плату у розмірі 100 тис. американських доларів.
У 1984 р. Валентин Сергійович обіймав посаду заступника командира оперативної групи з питань розвідки у провінції Хост, розташованій на кордоні з Пакистаном. Він доставив у Кабул особливо цінного агента, з яким працював спільно з афганськими представниками органів безпеки. Агент надавав інформацію про табори підготовки найманців на території Пакистану, місця їхнього впровадження на афганську територію, шляхи постачання зброї, схеми фінансування, рахунки у закордонних банках. Керівник