Дмитрий Иванович был первым крупным исследователем истории Харьковского университета (сейчас это тоже важная часть работы историков сего вуза). «Опыт истории Харьковского университета» вышел в двух томах в 1898 и 1904 годах. Вместе с другими видными харьковскими учеными Бузескулом и Сумцовым Багалей издал и «Краткую историю Харьковского университета». Дмитрий Иванович был главным редактором университетских юбилейных изданий (например «Биографического словаря»).
Главной же работой Багалея многие справедливо считают книгу, вышедшую в неспокойном 1918 году. Это «Історія Слобідської України» на украинском языке. Работа включает в себя важнейшие обзоры исторической географии и этнографии края, его социально-экономического и политического развития, историю духовной и материальной культуры, очерки быта населения. Написанная простым, понятным языком, книга эта стала пособием по внешкольному образованию и самообразованию (и до сих пор им остается – после распада Союза она была издана большими тиражами). Насыщенная богатым фольклорно-этнографическим, иллюстративным материалом, она для многих в те далекие годы стала даже первым учебником по украинскому языку.
Дмитрий Иванович Багалей был довольно заметной личностью в городе, он активно участвовал в общественно-политической жизни города, занимал высокие посты, в его доме бывали известные харьковчане и «гости нашего города». Немного об этой стороне деятельности ученого, о его личной жизни.
Женился историк еще в Киеве на своей ровеснице, знакомой по организации «Кош» Марии Васильевне Александрович.