Денис Мосалев родился 28 февраля 1986 года в городе Карталы Челябинской области.

В детстве с семьей переехал в Магнитогорск, увлекся хоккеем благодаря своему дяде, который также занимался этим видом спорта. Пришел в секцию «Металлурга», где его первым тренером стал Юрий Тукасеров. В детстве выступал за одну команду со своими ровесниками – Евгением Малкиным и Николаем Кулеминым, под руководством Андрея Шаянова команда «Металлург»-86 дважды выигрывала Чемпионат России среди юношей – в 2001 и 2002 годах.

Сезон 2003/2004 Денис провел уже во второй команде магнитогорцев, выступавшей в дивизионе «Урал - Западная Сибирь» Первой лиги. Тогда 17-летний Мосалев стал лучшим бомбардиром команды, в 56 матчах набрав 52 (24+28) очка. По итогам регулярного чемпионата «Металлург»-2 занял третье место в своем дивизионе, третье место было занято и по итогам турнира с участием шести сильнейших команд дивизиона.

Сезон 2004/2005 для Дениса Мосалева получился практически таким же, как предыдущий: второй год подряд он стал лучшим бомбардиром «Металлурга»-2, теперь набрав 61 (29+32) очко в 66 встречах, по итогам регулярного чемпионата его команда заняла второе место в регулярном чемпионате дивизиона «Урал – Западная Сибирь». Перед следующим сезоном было понятно, что молодой форвард готов к переходу на новый уровень, но сразу попасть в главную команду Магнитогорска ему не удалось. После четырех встреч за фарм-клуб он был отдан в аренду в команду Высшей Лиги – «Энергию» из Кемерово. В итоге он провел там весь сезон целиком, сыграл 43 матча, набрал 13 (4+9) очков. По итогам регулярного чемпионата его команда заняла седьмое место, а затем уступила в пятиматчевой серии первого раунда альметьевскому «Нефтянику». В плей-офф Мосалев забросил одну шайбу.

Денис Мосалев проходил подготовку к сезону 2006/2007 вместе с «Металлургом» под руководством Дэйва Кинга, попал в обойму команды на правах одного из самых молодых игроков. Дебютировал в Суперлиге 13-ю матчами, набрал в них шесть очков. Ровно половину баллов за результативность записал на свой счет по итогам домашней встречи с «Крыльями Советов», состоявшейся 3 декабря. Тогда в первом периоде он сделал передачу, а за четыре минуты по ходу второго игрового отрезка оформил дубль. Те шайбы стали для него первыми в главной команде «Металлурга». В том году «Магнитка» выиграла Чемпионат, вместе с командой обладателем золотой медали стал и Денис Мосалев.

Летом 2007 года Денис принял решение отправиться в ХК МВД, подписав контракт с командой, которая как раз перед тем сезоном во второй раз сменила прописку и стала базироваться в подмосковной Балашихе. Одновременно с этим был создан фарм-клуб, получивший место в Первой лиге, и Мосалев провел сезон между главной командой и фармом. Теперь сыграл в Суперлиге 23 матча, набрал 2 (1+1) очка, при показателе полезности «-4» и 16 минутах штрафа. А вот в ХК МВД-2 он был одним из лидеров, несмотря на то, что сыграл всего 17 матчей. За это время Мосалев сумел забросить 12 шайб и добавить к ним 17 передач.

Перед первым КХЛовским сезоном на пост главного тренера ХК МВД пришел Олег Знарок, и на старте сезона Денис Мосалев попадал в заявку на большинство игр, хотя из первых восьми проводил на льду боле десяти минут лишь в четырех. 15 сентября в поединке против московского «Динамо», завершившегося поражением балашихинцев со счетом 2:3, он сумел заработать показатель полезности «+2», а первую шайбу в КХЛ забросил 29  сентября в поединке против «Авангарда», правда, тогда ХК МВД потерпел поражение со счетом 4:7. В начале октября получил травму, из-за которой был вынужден пропустить два месяца, восстановление проходил в фарм-клубе, где за 10 матчей набрал 18 (5+13) очков. После возвращения в состав ХК МВД Мосалеву потребовалось некоторое время, чтобы выйти на прежний уровень, и если до наступления 2009 года на его счету было 2 (2+0) очка, то за два заключительных месяца «регулярки» он забросил те же две шайбы, но добавил к ним четыре передачи, а 21 февраля во встрече с «Витязем» впервые набрал 2 (1+1) очка в матче КХЛ. Стоит отметить, что в концовке регулярного чемпионата нападающий уже на регулярной основе проводил на льду более 10 минут, всего принял участие в 24 встречах, набрал 8 (4+4) очков, при показателе полезности «+3» и восьми минутах штрафа. В том сезоне ХК МВД остался за чертой плей-офф, заняв 18-е место по итогам регулярного чемпионата.

А вот в сезоне 2009/2010 подмосковный клуб стал настоящим открытием. Уже на старте сезона «милиционеры» одержали несколько громких побед, уверенно обосновавшись в зоне плей-офф. Сам Мосалев за первые полтора месяца регулярного чемпионата провел десять матчей, забросив в них четыре шайбы. По ходу следующего месяца его результативность снизилась, он сделал лишь одну передачу, но тренерский штаб продолжал доверять игроку, и 15 ноября в поединке против «Сибири» Денис набрал 3 (1+2) очка, также в ноябре он забивал в двух матчах подряд, поразив ворота рижского и московского «Динамо». Затем Мосалев вновь не мог отличиться на протяжении месяца, а следующий всплеск результативности пришелся на середину января, когда в четырех поединках он забросил три шайбы. Всего форвард принял участие в 50 матчах, забросил 12 шайб, сделал 10 передач, при показателе полезности «+13» и 16 минутах штрафа. По итогам «регулярки» ХК МВД довольно неожиданно занял второе место в западной конференции, а в плей-офф и вовсе дошел до финала, где лишь в седьмом матче уступил «Ак Барсу». Мосалев же отметился дублем в ворота ЦСКА уже во второй встрече первого раунда, его шайбы и принесли балашихинцам победу, затем забил гол в первом матче противостоянии с рижским «Динамо», а следующие его очки пришлись на победные для ХК МВД матчи финала. Всего в том плей-офф форвард набрал 6 (3+3) очков, при нейтральном показателе полезности и 12 минутах штрафа. Среднее игровое время у него было не намного больше, чем по ходу регулярного чемпионата, при этом, во втором матче серии с «Локомотивом» он впервые провел на льду больше 20 минут. По итогам сезона Денис Мосалев вместе с партнерами по команде стал серебряным призером Чемпионата России.

Перед следующим сезоном ХК МВД фактически прекратил свое существование, новый объединенный клуб был образован на базе московского «Динамо». Мосалев, как и почти все хоккеисты балашихинской команды, перешел в стан «бело-голубых». Начало регулярного чемпионата для Дениса выдалось очень неплохим: уже 25 сентября в домашнем матче против «Авангарда» он впервые в карьере оформил хет-трик на высшем уровне. Правда, после этого события у него было семь матчей без набранных очков, но следом установил еще одно новое для себя достижение, забросив шесть шайб за восемь матчей, в том числе, отличался в тех играх подряд. Уже после ноябрьской паузы в регулярном чемпионате Мосалев набирал по два (1+1) очка в двух встречах подряд.  Уже во второй части регулярного чемпионата пропустил ряд встреч из-за травмы, всего сыграл в 44 матчах, набрал 24 (15+9) очка, став лучшим снайпером «Динамо». Можно было отметить высокий процент реализации бросков (20), стабильно положительный показатель полезности («+3»), а также стабильно небольшое количество штрафных минут (10). По итогам регулярного чемпионата московское «Динамо» заняло второе место в Западной конференции, а в первом раунде плей-офф весьма неожиданно уступило рижским одноклубникам. Мосалев принял участие в четырех встречах второго этапа чемпионата, забросив одну шайбу.

Казалось, что следующий сезон позволит Денису выйти на новый уровень, однако, в дело очень некстати вмешались травмы, регулярный чемпионат получился скомканным, по словам самого форварда, появилась неуверенность в своих силах, всего принял участие в 26 матчах регулярного чемпионата, набрал 8 (3+5) очков, при показателе полезности «+3» и 12 минутах штрафа. Зато он успел восстановиться и подойти в хороших кондициях к старту плей-офф. Роль Мосалева в игре «Динамо» было сложно переоценить, а на авансцену форвард вышел в стартовом матче полуфинальной серии против СКА: по ходу третьего периода «динамовцы» проигрывали с разницей в две шайбы, и именно дубль Дениса Мосалева перевел встречу в овертайм, на 11-й минуте которого он своим третьим голом принес «Динамо» победу. После этого «бело-голубые» выиграли еще три матча у «армейцев», а в семиматчевой финальной серии переиграли «Авангард», став обладателями Кубка Гагарина. В 19 играх плей-офф Мосалев набрал 7 (5+2) очков, при показателе полезности «+4» и двух минутах штрафа.

Несмотря на то, что в следующем сезоне Денис Мосалев пропустил намного меньше матчей, считался одним из ключевых игроков «Динамо», к окончанию регулярного чемпионата на счету нападающего были те же 8 (3+5) очков в 41 игре, при показателе полезности «+2» и 15 минутах штрафа. Впрочем, Мосалев вновь сумел набрать хорошую форму к главным матчам сезона, показав стабильную игру в плей-офф, за 19 матчей которого он забросил две шайбы и добавил к ним три передачи, один из ассистентских баллов пришелся на овертайм шестого поединка финальной серии с «Трактором», этот гол принес «Динамо» второй Кубок Гагарина подряд.

После этого успеха он подписал новый контракт, оставшись в московской команде еще на два сезона. В первом из них ему удалось вернуться на свой уровень образца первых сезонов в КХЛ – Денис отличался в каждом пятом матче регулярного чемпионата, в 50 встречах забросил 10 шайб, добавив к ним 11 передач и заняв восьмое место в списке лучших бомбардиров «бело-голубых». По ходу регулярного чемпионата он трижды набирал по два очка за игру, заработав показатель полезности «+4» при 25 минутах штрафа. В плей-офф Мосалев принял участие в трех матчах первого раунда, очков не набрал.

В сезоне 2014/2015 Мосалеву также не удалось обойтись без травм, из-за которых он пропустил треть регулярного чемпионата. Тем не менее, за то время, что он провел в составе «бело-голубых», Денис успел оформить два дубля, четырежды набирал два и более очка за игру, и после 43 игр «регулярки» добился лучшего показателя полезности за время выступления в КХЛ – «+14». Мосалев вновь достиг рубежа в 20 (11+9) набранных очков, а в единственном матче плей-офф набрал два (1+1) очка. 

Достижения: 

Бронзовый призер Чемпионата России (2015), Обладатель Кубка Гагарина (2012, 2013), Чемпион России (2007, 2012, 2013), Серебряный призер Чемпионата России (2010),  Чемпион России среди юношей (2001, 2002)