Другие задания и программы появляются в работах Сухова после революции: он проектирует и строит поселок Москва-уголь в Скопинском уезде (1920—1921 гг.), а в 1925 г.—заводские, административные здания и школу для завода Анилтреста в Дорогомилове (Москва), санаторий «Черемушки» под Москвой и ряд других зданий.
Архитектурная практика вооружила Сухова доскональным знанием строительного дела и заложила прочный фундамент для его последующих научно-исследовательских и реставрационных работ. Начало их связано с Московским археологическим обществом, поручения которого он выполнял с момента окончания училища, во время поездок по России и Кавказу с целью изучения и фиксации памятников архитектуры. В 1906 г. Сухов был избран действительным членом Общества. Объектами его исследований и реставрации становятся Московский Кремль, храм Василия Блаженного, Крутицкий теремок и Сухарева башня в Москве, Троице-Сергиева лавра и др.
Охрана памятников культуры была одним из главных направлений его работы как реставратора. С 1921 г. она велась им в Центральных государственных реставрационных мастерских, которые возглавлял И. Э. Грабарь, а Сухов с 1925 г. руководил их архитектурной секцией. В число памятников, которые были предметом обследования и реставрации мастерских, помимо упомянутых выше вошел ряд других исторических сооружений Москвы: Китайгородская стена (1923 г.), Воскресенские Иверские ворота на Красной площади, дом дьяка Аверкия Кириллова на Берсеневской набережной (1925— 1927 гг.), дом В. В. Голицына в Охотном ряду (1928 г.) и др. Среди церквей, реставрацию которых осуществлял Сухов в 1920-х гг., были церкви Гребневской божьей матери, Косьмы и Дамиана в Старых Панех, Рождества в Столешниках, Николы в Клепиках на Маросейке. Многие из этих зданий были разобраны, и их облик сохранился только в рисунках Сухова.
В 1930-е гг. он реставрирует здания не только в Москве, но и собор и кремль в Вологде, Прилукский монастырь (1931 г.), Дмитровский собор во Владимире (1933 г.), в Звенигороде собор на Городке и Саввино-Сторожевский монастырь (1934 г.), кремль в Туле (1935 г.).
Особое место в работах Д. П. Сухова занимает Крым, его средневековые памятники, без исследования которых, как он полагал, нельзя обойтись при изучении русской архитектуры.
Круг интересов Сухова не ограничивался древностью. С увлечением, кропотливо восстанавливая подлинные черты, он вел реставрацию дома В. И. Ленина в Ульяновске (1928 г.), Музея В. И. Ленина в Горках (1927 и 1948 гг.). В 1936 г. Сухов реставрировал в Сольвычегодске дом, в котором жил в ссылке И. В. Сталин.
После основания Всесоюзной академии архитектуры (1933 г.) Д. П. Сухов был в ней с 1939 г. профессором, а в 1941 г. его избрали членом-корреспондентом академии. В 1946 г. ему присвоили звание заслуженного деятеля искусств РСФСР.
В начальный период существования академии ее главной задачей было создание базы для подъема профессионального мастерства во всех сферах советского зодчества, и в первую очередь подготовка архитекторов высокого класса. Институт аспирантуры был тем ядром, вокруг которого разворачивалась работа научных кабинетов академии. Сухов много времени и сил отдавал преподаванию, работе с аспирантами, которая велась широко, с постоянной мыслью об углублении исследований русского зодчества, заполнении белых пятен в его истории.
В 1941 г. в Академии архитектуры был создан отдел фиксации и методики реставрации памятников архитектуры, руководителем которого стал Д. П. Сухов. С его трудами была в большой степени связана разработка в академии тематики истории русского зодчества. В конце 1940-х гг. одной из главных работ отдела явилась подготовка к печати однотомной истории русской архитектуры, вышедшей в свет двумя изданиями, в 1951 и 1956 гг.