Война прервала обучение. На фронт Д.И. Козлов ушел добровольцем в июле 1941 г., несмотря на бронь. В середине того же месяца принял участие в уничтожении немецкого десанта под Лугой. Вопреки попыткам командования оставить его в тылу, упорно добивался отправки в действующие части РККА. Старший брат, ротный политрук, погиб в самом начале войны. Потом война унесла и младшего брата.
Своего добился – служил в морской пехоте. Воевал под Тихвином, на Ораниенбаумском «пятачке», участвовал в прорыве линии Маннергейма, служил в подразделениях, обеспечивающих работу Дороги жизни Ленинграда.
В августе 1942 г. вступил в ВКП(б). Был трижды ранен, потерял руку. В сентябре 1944 г. Козлова демобилизовали из армии по состоянию здоровья. Всего в РККА он прослужил 3 года 2 месяца.
После окончания института (защитил диплом в декабре 1945 г.) проходил обучение на курсах по ракетной технике. В день рождения Красной Армии – 23 февраля 1946 г. – женился.
15 мая 1946 г. был принят на работу инженером-конструктором на завод № 88 (ст. Подлипки). В июле 1946 г. был направлен в Германию в составе первой группы советских гражданских специалистов для изучения немецкой ракетной техники. Первым непосредственным руководителем Козлова был РФ. Аппазов, впоследствии крупный специалист по динамике полета. В основном Д.И. Козлов с женой жил и работал в г. Нордхаузен, в частности, занимаясь пневмогидросистемой ракеты А-4 (его супруга занималась баками.) Часто выезжал в другие места, например – в Бляйхероде. Будучи секретарем парторганизации, там же в Германии познакомился с С.П. Королёвым. В дальнейшем работал в ОКБ-1 под его руководством.
С 28 августа 1948 г. – начальник группы. С 30 июня 1951 г. – ведущий конструктор отдела 4 ОКБ-1 НИИ-88. После выделения ОКБ-1 из состава НИИ-88 в самостоятельную организацию продолжил работать ведущим конструктором. В этом качестве участвовал в работах по ракете Р-5.
В апреле 1958 г. Козлов становится заместителем главного конструктора (приказ № 8 от 11.04.1958). В ноябре 1961 г. – главным конструктором и начальником филиала ОКБ-1, созданного в Куйбышеве (ныне г. Самара) на Первом авиационном заводе для организации производства первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 в роли ведущего конструктора. Ему удалось создать жизнеспособный коллектив ракетчиков в основном из местных кадров.
Серьезной проверкой для молодого коллектива и для его руководителя стала ракета P-9 (8К75), освоение производства которой пришлось на конец 1950-х – начало 1960-х гг. В процессе изготовления в «полностью готовый проект» пришлось вносить десятки тысяч изменений, дабы изделие не просто пошло в производство, но и было эффективным.
Кроме того, филиал № 3 ОКБ-1 (впоследствии ставший самостоятельной организацией) получил и работы по спутникам наблюдения «Зенит-2», на долгие годы определившие основные направления деятельности Дмитрия Ильича и возглавляемого им коллектива. Следует заметить, что Д.И. Козлов изначально не хотел заниматься спутниками. «Зенит-2», создававшийся почти в одно и то же время с гагаринским «Востоком», при всем внешнем сходстве был намного более сложным аппаратом. Так, если для космонавта считалась приемлемой температура от -40 до +40 °C, то фотопленка допускала колебания всего в полградуса. Кроме того, для фотографирования требовалась совершенно другая система ориентации, ибо аппарат надо было не только точно развернуть в нужном направлении, но и удерживать в нем определенное время.
Именно Д.И. Козлов был выбран Королёвым для того, чтобы возглавить работы по комплексу ракеты Η-1.
Под руководством Д.И. Козлова в конце 1960-х гг. были разработаны проекты пилотируемых космических кораблей специального назначения. К сожалению, на стадии макета и отбора кандидатов в космонавты эта весьма перспективная разработка была прекращена. Однако на основе накопленного опыта был создан космический аппарат «Янтарь», на долгие годы ставший одним из основных средств космической разведки.
Большое внимание Дмитрий Ильич уделял подготовке инженерных кадров. В октябре 1980 г. он возглавил созданную кафедру летательных аппаратов Куйбышевского авиационного института.
Приказом министра общего машиностроения СССР О.Д. Бакланова № 123 от 6 июля 1983 г. Д.И. Козлов назначается генеральным конструктором ЦСКБ.
Д.И. Козлов был одним из последовательных противников создания системы «Энергия-Буран». Под его руководством в 1970-е гг. был разработан проект PH «Подъем». Однако было сочтено целесообразным передать данную тематику ОКБ «Южное», где с использованием материалов ЦСКБ была создана PH «Зенит». Вместе с тем куйбышевский коллектив стал, пожалуй, единственной организацией, сумевшей в срок разработать полезную нагрузку для отечественного многоразового корабля.
Видя, что спутники с пленочными фотокамерами перестают отвечать современным требованиям, Д.И. Козлов приложил максимум усилий для создания аппаратов нового поколения – с оптоэлектронными телескопами и сливом информации по радиоканалу.
Основными заказчиками космических аппаратов Д.И. Козлова