В 1919 году 56-я стрелковая дивизия, входящая в состав 6-й армии, активно участвовала в боевых операциях на реках Северная Двина и Пинега. В январе-феврале 1920 года она принимала участие в освобождении Холмогор и Архангельска, а с апреля 1920 года, уже в составе 7-й армии, сражалась в районе между Ладожским и Онежским озерами. В июне 1920 года дивизия вошла в состав 15-й армии Западного фронта, участвовавшей в Советско-польской войне 1920 года. Однако в августе того же года, в период контрнаступления польских войск на Висле, дивизия была оттеснена к границам Восточной Пруссии и интернирована. В 1921 году личный состав дивизии вернулся в РСФСР.
После возвращения на родину Валентин Дмитриевич Цветаев был назначен командиром 204-й отдельной бригады войск внутренней службы (ВНУС) в Петроградском военном округе. Затем, после окончания военно-академических курсов комсостава РККА в августе 1922 года, он стал помощником командира 10-й стрелковой дивизии Петроградского (с 01.02.1924 г. – Ленинградского) военного округа. В ноябре того же года он возглавил 56-ю Московскую дивизию. Затем, в ноябре 1926 года, его перевели в Среднеазиатский военный округ, где он стал командиром 3-й Туркестанской стрелковой дивизии. В 1927 году Цветаев успешно закончил курсы усовершенствования высшего начсостава при Военной академии РККА имени М.В. Фрунзе, после чего в ноябре 1929 года он был назначен командиром 2-й Туркестанской стрелковой дивизии, активно участвуя в борьбе с басмачами в Южном Туркестане.
С 1931 года Валентин Дмитриевич Цветаев преподавал на кафедре общей тактики в Военной академии РККА имени М.В. Фрунзе. В декабре 1935 года ему было присвоено звание комдива. Однако в мае 1938 года Цветаев был арестован по обвинению в контрреволюционной деятельности, шпионаже в пользу Германии и участии в военно-троцкистской организации. После подвергания силовому давлению и пыткам, он подписал признание вины, но позже отказался от своих показаний. В сентябре 1939 года дело было прекращено за недоказанностью преступления, и Цветаев был освобожден. С сентября 1939 года он вновь стал старшим преподавателем военной академии.
С началом Великой Отечественной войны в июле 1941 года генерал-лейтенант В.Д. Цветаев был назначен командующим оперативной группой 7-й армии Северного фронта. Войска группы участвовали в оборонительных боях против финских войск в Карелии. В начале 1942 года он был назначен заместителем командующего 4-й армией Волховского фронта. Позднее он командовал 10-й резервной армией, которая затем стала 5-й ударной армией, принимая участие в различных наступательных операциях. Цветаев также возглавлял 33-ю армию, которая принимала участие в Висло-Одерской и Берлинской операциях.
В период с мая по сентябрь 1944 года генерал-полковник В.Д. Цветаев занимал должность заместителя командующего войсками 1-го Белорусского фронта и проявил выдающееся мастерство в ходе Белорусской стратегической наступательной операции. В сентябре того же года он временно возглавил управление 6-й армией, находившейся в резерве Ставки ВГК. С октября 1944 года и до конца Великой Отечественной войны генерал-полковник Цветаев командовал 33-й армией, которая активно участвовала в Висло-Одерской и Берлинской операциях, находясь в составе 1-го Белорусского фронта.
В ходе Висло-Одерской операции армия под командованием Цветаева совместно с 69-й армией успешно прорвала глубоко укрепленную оборону противника в районе города Пулавы, разгромила радомско-томашевскую группировку врага и освободила города Калиш, Нерем, Швибус, а также более 800 населенных пунктов. Путь армии завершился 6 мая, когда ее главные силы достигли реки Эльба северо-западнее города Десау.
После окончания войны генерал-полковник В.Д. Цветаев продолжил свою службу в Советской Армии. С июля 1947 года он занимал пост заместителя главнокомандующего, а с января 1947 года — главнокомандующего Южной группой войск. С 15 января 1948 года он стал командующим отдельной механизированной армией, а с 30 января того же года — начальником Военной академии имени М.В. Фрунзе. Генерал-полковник В.Д. Цветаев похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Награжден орденами: Российской империи – Св. Станислава 3-й ст. с мечами и бантом, Св. Анны 4-й ст.; СССР – 2 орденами Ленина, 4 орденами Красного Знамени, 3 орденами Суворова 1-й ст., орденами Кутузова 1-й ст. и Богдана Хмельницкого 1-й ст.; иностранными: ПНР – «Виртути Милитари» 5-й ст. и «Крест Грюнвальда» 3-й ст.; США – «Легион Почета» 2-й ст., а также многими советскими и зарубежными медалями.
