8 апреля 1812 года, по его личной просьбе и ходатайству Багратиона, назначен подполковником в Ахтырский гусарский полк, где командовал 1-м батальоном; был в сражениях под Миром, Романовым, Дашковкой; предложил П.И.Багратиону проект партизанской войны с французами по примеру испанской герильи, успешно действовавшей против наполеоновских войск на Пиринеях; проект был одобрен М.И.Кутузовым, и 25 августа, сразу после битвы за Шевардинский редут, в которой он принял участие, и накануне Бородинской битвы, Денис Давыдов направился в тыл врага во главе отряда из 50гусар и 80 казаков; его успешные действия побудили к созданию других армейских партизанских отрядов, действия которых приобрели особый размах при отступлении Наполеона; возле села Ляхово отряды Давыдова, Сеславина, Фигнера и Орлова-Денисова окружили, атаковали и взяли в плен двухтысячную колонну французов во главе с генералом Ожеро.

После изгнания неприятеля из пределов России Давыдов в чине полковника сражался под Калишем, Бауценом и Лейпцигом. В начале 1814 года командовал Ахтырским гусарским полком и, призведенный в генерал-майоры за битву при Ларотьере, во главе гусарской колонны вступил в Париж.

После войны был отправлен служить в глухую провинцию на незначительные должности. Служил до 1831 года. Был близок к декабристам, но вступить в тайное общество отказался.

По его настоянию прах П.И.Багратиона был перенесен на Бородинское поле, где тот совершил свой последний подвиг (село Бородино принадлежало семье Д.В.Давыдова).

Д.В.Давыдов - втор множества стихов, в основном, на военные и любовные темы. Оставил записки о войн 1812 года. Как поэта его высоко ценил А.С.Пушкин, на которого поэзия Давыдова оказала некоторое влияние.

Д.В.Давыдов скончался скоропостижно 23 апреля 1839 года.