Latem 2006 Birsa za około milion euro trafił do francuskiego FC Sochaux. W Ligue 1 zadebiutował w 1. kolejce ligowej, 5 sierpnia w wygranym 2:1 wyjazdowym meczu z AS Saint-Etienne. Już tydzień później uzyskał swojego pierwszego gola w barwach Sochaux, w 52. minucie meczu z AJ Auxerre ustalił wynik spotkania na 1:1. O miejsce w podstawowej jedenastce „Les Lionceaux” rywalizuje z Moumounim Dagano, Anthonym Le Tallekiem i Álvaro Santosem. Pod koniec 2006 roku Birsa został wybrany Piłkarzem Roku w Słowenii w plebiscytach ston internetowych sportnamreza.com i nogomania.com.
W styczniu 2009 wypożyczono go do AJ Auxerre, następnie postanowiono odkupić Valtera na stałe. W 2011 roku odszedł z Auxerre do włoskiej Genoi.
Sezon Klub Kraj Rozgrywki Mecze Bramki 2004/05 ND Gorica PrvaLiga Telekom Slovenije 26 7 2005/06 ND Gorica PrvaLiga Telekom Slovenije 35 19 2006/07 FC Sochaux-Montbéliard Ligue 1 31 3 2007/08 FC Sochaux-Montbéliard Ligue 1 22 3 2008/09 FC Sochaux-Montbéliard Ligue 1 13 2 2008/09 AJ Auxerre Ligue 1 15 1 2009/10 AJ Auxerre Ligue 1 35 3 2010/11 AJ Auxerre Ligue 1 33 5 2011/12 Genoa CFC Serie A 9 0 2012/13 Torino FC Serie A 17 2 2013/14 AC Milan Serie A 15 2 2014/15 Chievo Verona Serie A 35 0 2015/16 Chievo Verona Serie A 35 6 2016/17 Chievo Verona Serie A 35 7 2017/18 Chievo Verona Serie A 35 3 2018/19 Chievo Verona Serie