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.
Сухов возглавлял возникшую при академии в 1940 г. комиссию по охране и восстановлению памятников архитектуры, ставившую целью создание научной базы для реставрации. С началом войны ее деятельность пришлось изменить: необходимо было принимать экстренные меры для защиты памятников от налетов вражеской авиации. К этому же времени относится начало большой работы комиссии по обследованию и обмерам памятников Москвы и Московской области. Накопленный в это время научный материал послужил основой для консультаций Сухова по выполнению проектов разрушенных во время войны городов — Смоленска, Новгорода, Пскова, Ленинграда, Калинина, Воронежа, Киева, Ростова-на-Дону и ряда других.
Для Москвы с ее многовековой историей особое значение имели труды Сухова в области сохранения архитектурного наследия города. К рубежу XIX—XX вв. Москва донесла свои исторические сооружения сильно искаженными позднейшими перестройками и зачастую обезличенными. Это коснулось даже таких зданий, как Покровский собор. Китайгородская стена, например, в течение XVIII—XIX вв. дочти полностью была обстроена как извце, так и особенно изнутри Китай-города и во многих местах каэалась безвозвратно утраченной. Скрупулезное исследование, когда понадобились и опыт строителя, и глубокое знание приемов русского зодчества, позволило Сухову дать ряд рисунков-реконструкций, ставших исходными для проекта реставрации.
Исследуя тот или иной памятник архитектуры, Сухов видел его в конкретной исторической ситуации, в условиях не только существовавшего некогда ландшафта и прилегающих строений, но и всей системы древнего строительства в городе и за его пределами. Так он рассматривал Московский Кремль и его ближайшее окружение, выясняя местоположение Тиунской избы близ Покровского собора и особенности застройки Никольской улицы. Наряду с уникальными памятниками его внимание привлекали необходимые для повседневной жизни города сооружения — Соловецкое подворье, Сурожские гостиные ряды, Английский двор и др., свидетельствующие о взаимосвязи Москвы с отдаленными землями. Его занимали мосты, заставы, ближние и дальние монастыри-сторожи, представлявшие собой образцы высокого строительного мастерства. Все это складывалось в картину полнокровной жизни древних поселений — городских, монастырских, сельских, представление о которых дают суховские акварели.
Возросшее в наши дни внимание к визуальным связям памятников в композиции города присутствует постоянно в его реконструкциях, сделанных полвека тому назад.
Характерным для Сухова как реставратора было то, что памятники, ставшие предметом его внимания, никогда более не уходили из поля его зрения. В особенности это относится к Московскому Кремлю и Покровскому собору, которыми, с различной степенью участия как исследователя, реставратора, позднее консультанта, он занимался практически всю жизнь. С 1923—1933 гг. Сухов был главным архитектором, а ранее консультантом по сохранению памятников Московского Кремля и вел работы по реставрации стен, башен, теремов и соборов. Одной из главных целей при этом было более углубленное изучение памятников, выяснение истории их перестроек. Здесь проявилась важная черта научного метода Сухова: не стремиться к быстрому эффекту восстановления, рассматривать работу как один из этапов реставрационного процесса, передавая эстафету следующим поколениям исследователей.
Работы Сухова в Кремле позволили в ряде случаев выявить изт начальную планировку зданий, их взаимосвязь, своеобразие древних архитектурных форм. Вместе с Н. Н. Померанцевым он обстоятельно обследовал, освободив от позднейших наслоений, один из древнейших кремлевских памятников — церковь Воскрешения Лазаря (1393—1394 гг.). К наиболее интересным по своей методике и результатам работам Сухова в Кремле относится начатое еще в 1918 г. обследование и реконструкция Патриарших палат и примыкающего к ним собора Двенадцати апостолов. В перестроенном до неузнаваемости здании были восстановлены разрушенные своды, вскрыты внутренние лестницы и переходы, благодаря чему стала очевидной планировка XVII в., обнаружен проезд с Соборной площади на Патриарший двор.
Реставрационные работы в теремах велись во втором этаже — в так называемых палатах Жилецкой, Мастерских и северном коридоре, выходящем к церквам Екатерины и Ризположения. Здесь открылись древние проемы, фрагменты орнаментальных росписей рубежа XVIII—XIX вв. и великолепные резные белокаменные наличники окон. Были найдены и частично раскрыты лестницы, соединявшие верхние этажи теремов с переходами, которые вели к западному входу в Успенский собор, обнаружен широкий одноарочный проезд под теремами, по которому некогда возки подъезжали прямо ко входу в личные палаты теремов.
Храм Василия Блаженного Сухов начал изучать еще в студенческие годы, а позднее участвовал в ремонтных работах 1896—1899 гг., руководимых академиком С. И. Соловьевым. 21 мая 1923 г. в соборе был открыт филиал Государственного Исторического музея, и с этого времени началось планомерное научное исследование здания и его реставрация, продолжавшиеся под руководством Д. П. Сухова до 1937 г.
Сухов исследовал нижние части собора, претерпевшие ряд утрат и перестроек. Благодаря выявлению древних крылец, арочные основания которых ярко выделяли столпообразную форму здания, открылась, по выражению Сухова, «ясная картина богатой композиции галереи». При реставрации крылец удалось найти и восстановить сложный и богатый по рисунку профиль цоколя основных стен памятника и базы столбов, поддерживающих площадки галерей и лестниц. Как писал Сухов в своих статьях, эти работы дали ценный научный материал, касающийся конструктивных особенностей и композиционных приемов в строительстве собора. Восстанавливая цоколь столба галереи и обратив внимание на способ разметки его размеров и формы, Сухов предложил интересную гипотезу о том, что подобным же способом могли быть размечены и основания храмов на выровненной площадке подклета (галереи). Ему также принадлежит высказанная на основании исследований мысль об изначальной двухцветной окраске собора — красного тона стен и белых деталей.