Денис Мосалёв начал свою профессиональную карьеру в 2005 году в составе клуба Высшей лиги кемеровской «Энергии», отыграв до этого несколько успешных сезонов за фарм-клуб родного магнитогорского «Металлурга». В сезоне 2006/07 Денис дебютировал в основе «сталеваров», с которыми в тот же год стал чемпионом России. В 2007 году Мосалёв перешёл в балашихинский ХК МВД, в составе которого выступал на протяжении трёх сезонов, набрав за это время 38 (20+18) очков в 119 проведённых матчах, а также став в 2010 году финалистом Кубка Гагарина, лишь в финале уступив казанскому «Ак Барсу» со счётом 3:4.
После успешного серебряного сезона и расформирования подмосковного клуба Денис, как и множество его одноклубников, стал игроком объединённого московского «Динамо», в составе которого в сезоне 2010/11 он набрал 25 (16+9) очков в 48 матчах, став лучшим снайпером команды. 8 мая 2011 года Мосалёв продлил своё соглашение с москвичами, однако новый сезон начался для него неудачно — в 5 матчах он не набрал ни одного очка, и 1 ноября он был командирован в клуб ВХЛ балашихинское «Динамо». Проведя в составе подмосковного клуба 3 матча, в которых он набрал 2 (1+1) очка, 7 ноября он вернулся в расположение москвичей.