В 1946 году по окончании специальных курсов при ЛВМИ был направлен в СКБ завода 88 им. М.И.Калинина. С июня по декабрь 1946 года в составе группы специалистов занимался изучением трофейной материальной части н технической документации ракеты А-4 в институте «Нордхаузен» (Восточная Германия). По возвращении из Германии Д.И.Козлов работал инженером-конструктором, старшим инженером, начальником группы, начальником сектора в отделе № 3 СКБ НИИ-88, возглавляемом С.П.Королевым. С 1951 по 1958 год – ведущий конструктор ОКБ-1 по баллистической ракете Р-5 и межконтинентальной баллистической ракете Р-7.

   В 1958 году Д.И.Козлов был назначен заместителем главного конструктора ОКБ-1 и направлен в г.Куйбышев ответственным представителем главного конструктора С.П.Королева по организации серийного производства ракет Р-7 на Государственном авиационном заводе № 1 в г.Куйбышеве (ныне Самарский завод «Прогресс»). В 1959 году с целью обеспечения конструкторского сопровождения производства на заводе создается специальное конструкторское бюро, через год преобразованное в филиал № 3 ОКБ-1. В январе 1961 года заместитель главного конструктора ОКБ-1 (с 1966 года — первый заместитель) Д.И.Козлов назначен начальником и главным конструктором филиала № 3 ОКБ-1 (в 1967 году переименованного в Куйбышевский филиал ЦКБЭМ). В 1974 году на базе филиала было создано самостоятельное предприятие – Центральное специализированное конструкторское бюро (ЦСКБ), начальником и главным конструктором которого стал Д.И.Козлов. В 1983 году Д.И.Козлов был назначен начальником и генеральным конструктором ЦСКБ. В 1996 году назначен генеральным директором – генеральным конструктором образованного на базе ЦСКБ и завода «Прогресс» Государственного научно-производственного ракетно-космического центра «ЦСКБ-Прогрсс». С 2003 года – почетный генеральный конструктор ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс». За более чем 40 лет работы под руководством Д.И.Козлова специалистами ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» в сотрудничестве с широкой кооперацией предприятий различных отраслей промышленности создано и сдано в эксплуатацию 8 типов ракет-носителей и 26 ракетно-космических комплексов различного назначения.

   Д.И.Козлов – член-корреспондент РАН, действительный член Академии космонавтики им.К.Э.Циолковского и Академии технологических наук РФ, почетный академик Российской инженерной академии и Академии навигации и управления движением, дважды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии, двух Государственных премий СССР и Государственной премии РФ, заслуженный работник промышленности СССР, заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор. Автор более 150 научных трудов и изобретений в области проектирования автоматических космических комплексов и систем.

Награжден орденом «За заслуги перед Отечеством» II степени, 4-мя орденами Ленина, орденом Октябрьской революции, орденом Красной Звезды, орденом Отечественной войны I степени, медалями.