В 1952 году, после окончания Тульского механического института, Лев Сергеевич поступает конструктором в ЦКБ-14. Затем переходит на Тульский машиностроительный завод. На предприятии он прошел все ступени карьеры: от рядового специалиста до главного инженера. Десять лет отдал Лев Сергеевич Мочалин машиностроительному заводу. Его высочайший профессионализм, личная ответственность и смелость в принятии решения сложных производственных вопросов, организаторский опыт помогли заводу коренным образом улучшить свои показатели, встать в ряд лучших предприятий оборонного комплекса страны. При Мочалине Л.С. были освоены и внедрены в серийное производство многие образцы военной и гражданской продукции.
Опыт, принципиальность, умение видеть проблемы глобально, в масштабах страны, были оценены руководством ЦК партии и министерства. Льва Сергеевича перевели в Москву, назначив заместителем министра оборонной промышленности СССР. На этой должности он проработал около 20 лет, не прерывая связей с заводом.
Лев Сергеевич досконально знал военную технику войны 1941−1945 годов и стал одним из авторов популярной у специалистов и рядовых читателей книги «Оружие Победы».
Родина высоко оценила самоотверженный труд Л.С. Мочалина. Он был награжден орденами Ленина, Октябрьской революции, Отечественной войны II степени, четырьмя орденами Трудового Красного знамени, Рыцарским крестом возрождения Польши, являлся лауреатом Государственной премии СССР.
Будучи на заслуженном отдыхе, Лев Сергеевич постоянно интересовался производственной деятельностью Туламашзавода, радовался глубоким преобразованиям, проводившимся на предприятии. Он стремился побывать на заводе, встретиться с коллегами и друзьями. Болезнь не дала осуществиться его мечте.
Умер Лев Сергеевич Мочалин 16 октября 2010 года.