Kovaļonoks iestājās padomju kosmosa programmā 1967. gada 5. jūlijā, Gaisa spēku 4. grupā. Viņš bija trīs kosmosa misiju komandieris — Sojuz-25 (1977), Sojuz-29/Sojuz-31 (1978), Sojuz T-4 (1981). Kopējais kosmosā pavadītais laiks — 216 diena 9 stundas 8 minūtes 40 sekundes. Veicis vienu iziešanu kosmosā, pavadot tur 2 stundas 20 minūtes.[2]
Kovaļonoks aizgāja no kosmonautu komandas 1984. gada 23. jūnijā.
No 1990. līdz 1992. gadam viņš bija Krievijas Aizsardzības ministrijas 30. Centrālā zinātniski pētnieciskā institūta direktors.