Участник Первой Мировой войны с первого её дня. Воевал в Карпатах в составе 8-й армии генерала А.А.Брусилова (Юго-Западный фронт), был дивизионным инженером 78-й и 69-й пехотных дивизий 22-го финляндского стрелкового корпуса. В начале 1915 года участвовал в штурме крепости Перемышль. Был ранен в ногу.
За храбрость и отвагу Карбышев был награждён орденом Святой Анны с мечами и произведён в подполковники. В 1916 году был участником знаменитого Брусиловского прорыва.
В 1917 году Дмитрий Михайлович вступил в Красную Гвардию, в 1918 году - в Красную Армию.
Весной 1919 года Карбышев назначен главным руководителем всех оборонительных работ Восточного фронта, участвовал в строительстве Симбирского, Самарского, Саратовского, Челябинского, Златоустовского, Троицкого, Курганского укреплённых районов; обеспечивал форсирование рек Уфимки и Белой, начало наступления на Сибирь, проектировал оборонительные сооружения Уральска.
С января 1920 года Дмитрий Карбышев - начальник Управления военно-полевых строительств, руководил работами по восстановлению железнодорожного моста через Иртыш в Омске, укреплял Забайкальский плацдарм.
В 1920 году был назначен начальником инженеров 5-й армии Восточного фронта.
С октября 1920 года Карбышев занимал должность заместителя начальника инженеров Южного фронта, руководил строительством укреплений на Каховском плацдарме, что во многом сорвало наступление Врангеля. В ноябре 1920 года руководил инженерным обеспечением штурма Чонгарских укреплений и Перекопа. В 1921-1923 годах - помощник, заместитель, а затем начальник инженеров вооружённых сил Украины и Крыма.
В 1921-1936 годах Дмитрий Карбышев служил в инженерных войсках, был председателем Инженерного комитета Главного военно-инженерного управления РККА. С ноября 1926 года преподавал в Военной академии имени Фрунзе.
В феврале 1934 года назначен начальником кафедры военно-инженерного дела в этой академии. С 1936 года был помощником начальника кафедры тактики высших соединений Академии Генерального штаба РККА. В 1938 году окончил Академию Генерального штаба РККА, в том же году стал профессором.
Дмитрий Михайлович Карбышев был первым советским учёным, которому принадлежит наиболее полное исследование и разработка вопросов применения разрушений и заграждений. Значителен его вклад в научную разработку вопросов форсирования рек и других водных преград.
Он опубликовал более 100 научных трудов по военно-инженерному искусству и военной истории. Его статьи и пособия по вопросам теории инженерного обеспечения боя и операции, тактике инженерных войск были основными материалами по подготовке командиров Красной Армии в предвоенные годы. Многократно председательствовал в Государственной комиссии по защите дипломных проектов в Военно-инженерной академии имени В.В.Куйбышева. Был членом Экспертной оперативно-тактической комиссии при Комитете высшей школы. Часто присутствовал при испытаниях новейших образцов инженерной техники. Участвовал в уставных комиссиях по разработке и изданию Наставлений для Красной Армии по военно-инженерному делу.
Карбышев участвовал в Советско-финляндской войне: в составе группы заместителя начальника Главного военно-инженерного управления по оборонительному строительству вырабатывал рекомендации войскам по инженерному обеспечению прорыва линии Маннергейма. С 1941 года - доктор военных наук.
В начале июня 1941 года генерал-лейтенант Карбышев был командирован в Западный Особый военный округ. Великая Отечественная война застала его в штабе 3-й армии в Гродно. Через 2 дня он перебрался в штаб 10-й армии. 27 июня штаб армии оказался в окружении.
В августе 1941 года при попытке выйти из окружения генерал-лейтенант Карбышев был тяжело контужен в бою в районе Днепра, у деревни Добрейка Могилёвской области Белорусской ССР. В бессознательном состоянии был захвачен в плен.
За храбрость и отвагу Карбышев был награждён орденом Святой Анны с мечами и произведён в подполковники. В 1916 году был участником знаменитого Брусиловского прорыва.
В 1917 году Дмитрий Михайлович вступил в Красную Гвардию, в 1918 году - в Красную Армию.
Весной 1919 года Карбышев назначен главным руководителем всех оборонительных работ Восточного фронта, участвовал в строительстве Симбирского, Самарского, Саратовского, Челябинского, Златоустовского, Троицкого, Курганского укреплённых районов; обеспечивал форсирование рек Уфимки и Белой, начало наступления на Сибирь, проектировал оборонительные сооружения Уральска.
С января 1920 года Дмитрий Карбышев - начальник Управления военно-полевых строительств, руководил работами по восстановлению железнодорожного моста через Иртыш в Омске, укреплял Забайкальский плацдарм.
В 1920 году был назначен начальником инженеров 5-й армии Восточного фронта.
С октября 1920 года Карбышев занимал должность заместителя начальника инженеров Южного фронта, руководил строительством укреплений на Каховском плацдарме, что во многом сорвало наступление Врангеля. В ноябре 1920 года руководил инженерным обеспечением штурма Чонгарских укреплений и Перекопа. В 1921-1923 годах - помощник, заместитель, а затем начальник инженеров вооружённых сил Украины и Крыма.
В 1921-1936 годах Дмитрий Карбышев служил в инженерных войсках, был председателем Инженерного комитета Главного военно-инженерного управления РККА. С ноября 1926 года преподавал в Военной академии имени Фрунзе.
В феврале 1934 года назначен начальником кафедры военно-инженерного дела в этой академии. С 1936 года был помощником начальника кафедры тактики высших соединений Академии Генерального штаба РККА. В 1938 году окончил Академию Генерального штаба РККА, в том же году стал профессором.
Дмитрий Михайлович Карбышев был первым советским учёным, которому принадлежит наиболее полное исследование и разработка вопросов применения разрушений и заграждений. Значителен его вклад в научную разработку вопросов форсирования рек и других водных преград.
Он опубликовал более 100 научных трудов по военно-инженерному искусству и военной истории. Его статьи и пособия по вопросам теории инженерного обеспечения боя и операции, тактике инженерных войск были основными материалами по подготовке командиров Красной Армии в предвоенные годы. Многократно председательствовал в Государственной комиссии по защите дипломных проектов в Военно-инженерной академии имени В.В.Куйбышева. Был членом Экспертной оперативно-тактической комиссии при Комитете высшей школы. Часто присутствовал при испытаниях новейших образцов инженерной техники. Участвовал в уставных комиссиях по разработке и изданию Наставлений для Красной Армии по военно-инженерному делу.
Карбышев участвовал в Советско-финляндской войне: в составе группы заместителя начальника Главного военно-инженерного управления по оборонительному строительству вырабатывал рекомендации войскам по инженерному обеспечению прорыва линии Маннергейма. С 1941 года - доктор военных наук.
В начале июня 1941 года генерал-лейтенант Карбышев был командирован в Западный Особый военный округ. Великая Отечественная война застала его в штабе 3-й армии в Гродно. Через 2 дня он перебрался в штаб 10-й армии. 27 июня штаб армии оказался в окружении.
В августе 1941 года при попытке выйти из окружения генерал-лейтенант Карбышев был тяжело контужен в бою в районе Днепра, у деревни Добрейка Могилёвской области Белорусской ССР. В бессознательном состоянии был захвачен в плен.