ดร.วัลลภ ได้รับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดน่าน ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2526 สังกัดพรรคกิจสังคม ต่อมาในปี พ.ศ. 2529 เว้นว่างไปหนึ่งสมัย และได้รับเลือกตั้งอีกครั้ง ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2531 สังกัดพรรครวมไทย (ซึ่งต่อมาเปลี่ยนเป็น พรรคเอกภาพ) ต่อมาเขาได้เข้าร่วมงานกับนายณรงค์ วงศ์วรรณ และได้เป็นกรรมการบริหารพรรคสามัคคีธรรม[4] และเป็น ส.ส.สมัยที่ 3 ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป มีนาคม พ.ศ. 2535 แต่ในการเลือกตั้งเดือนกันยายนของปีเดียวกัน เขาสอบตก จากนั้นจึงย้ายเข้าสังกัดพรรคชาติไทย และได้รับเลือกตั้งสมัยที่ 4 ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2538 และในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2539 ในนามพรรคชาติพัฒนา

ในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2544 การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2548 เขาได้รับเลือกตั้งอีก 2 สมัยติดต่อกัน ในสังกัดพรรคไทยรักไทย จนกระทั่งพรรคไทยรักไทย ถูกยุบพรรคเขาจึงได้ย้ายเข้าสังกัดพรรคพลังประชาชน และได้รับเลือกตั้งอีกเป็นสมัยที่ 8

ใน พ.ศ. 2554 เขาได้สนับสนุนให้บุตรชาย คือ นายณัฐพงษ์ สปริยศิลป์ ลงสมัครรับเลือกตั้ง ส่วนตัวเขาลงสมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อ ลำดับที่ 113 ต่อมาเขาได้เข้ารับตำแหน่งหัวหน้าพรรคเพื่อธรรม[5] และในการเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2557 เขาลงสมัครรับเลือกตั้งในระบบบัญชีรายชื่อของพรรคเพื่อธรรม[6] แต่การเลือกตั้งครั้งดังกล่าว เป็นโมฆะตามคำวินิจฉัยของศาลรัฐธรรมนูญ