Jeszcze w tym samym roku poleciał w kosmos po raz drugi. 11 października był razem z A. Jelisiejewem dublerem załogi Sojuza 6. 12 października również z A. Jelisiejewem oraz P. Kołodinem był dublerem załogi Sojuza 7. W kosmos wystartował 13 października na pokładzie Sojuza 8, razem z A. Jelisiejewem. Oficjalnie został wyznaczony dowódcą grupy radzieckich statków kosmicznych, które wtedy znalazły się w kosmosie. Plan lotu przewidywał połączenie się na orbicie statków Sojuz 7 i Sojuz 8. Z powodu awarii systemów pokładowych jednego ze statków manewru tego nie udało się zrealizować. Szatałow powrócił na Ziemię 18 października po 4 dniach 22 godzinach 50 minutach i 49 sekundach.
Kolejnym etapem kariery kosmonauty były przygotowania do lotów na statkach typu Sojuz i stacji kosmicznej Salut. Swój trzeci lot odbył w 1971 roku. 23 kwietnia wystartował w kosmos na pokładzie Sojuza 10. Był dowódcą misji. Razem z nim poleciał A. Jelisiejew oraz N. Rukawisznikow. Załoga miała połączyć się ze znajdującą się na orbicie pierwszą stacją kosmiczną Salut 1, przejść na jej pokład i prowadzić na niej eksperymenty podczas długotrwałego lotu kosmicznego. 24 kwietnia oba obiekty połączyły się w kosmosie.