В 1965 г. В.Л. Костарев стал директором Магаданского отделения ТИНРО, он возглавлял институт более 30 лет – до 1997 г. В 1970 г. Василий Леонидович защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата биологических наук.
Круг научных интересов ученого – дальневосточные лососи. В.Л. Костарев был пионером лососевых исследований в регионе. Он занимался такими вопросами, как биологическая структура стад, экология, мониторинг состояния природных популяций лососей и среды их обитания, закономерности динамики численности, методы прогнозирования запасов, роль абиотических и биотических факторов в формировании начальной численности поколений лососей, регулирование промысла и обоснование режимов рациональной эксплуатации.
Василий Леонидович был ученым с мировым именем. Многие годы он был экспертом советско-японской комиссии по рыболовству (СЯРК). Научный багаж В.Л. Костарева составляет около 50 публикаций в различных центральных и региональных журналах, сборниках и материалах конференций.
В.Л. Костарев награждён правительственными наградами СССР: медалью «За доблестный труд» и орденом «Знак почёта». В 1998 г. в числе авторского коллектива стал лауреатом премии Правительства Российской Федерации за разработку теоретических основ управляемого лососеводства и его практическую организацию на Охотском побережье Магаданской области.