После войны Карбышев служил во Владивостоке. В 1911 году с отличием окончил Николаевскую военно-инженерную академию. Был направлен в Брест-Литовск на должность командира минной роты. Там он принимал участие в строительстве фортов Брестской крепости.
Карбышев – участник Первой мировой войны с самого ее начала. С 1918 года в Красной Армии. В 1923–1926 годах председатель Инженерного комитета Главного военно-инженерного управления РККА. С 1926 года он – преподаватель в Военной академии имени М. В. Фрунзе. В феврале 1934 года – начальник кафедры военно-инженерного дела Военной Академии Генштаба.
В 1938 году окончил Военную академию Генерального штаба и был утверждён в учёном звании профессора. В 1940 году ему присвоено звание генерал-лейтенанта инженерных войск. Он опубликовал более 100 научных трудов по военно-инженерному искусству и военной истории.
Участник советско-финской войны 1939–1940 годов. Участвовал в разработке рекомендаций войскам по инженерному обеспечению прорыва линии Маннергейма.
Великая Отечественная война застала Карбышева в штабе 3-й армии в Гродно. В августе 1941 года при попытке выйти из окружения он был тяжело контужен в бою в районе Днепра. В бессознательном состоянии был захвачен в плен. Содержался в немецких концентрационных лагерях. Несмотря на свой возраст, был одним из активных руководителей лагерного движения сопротивления.
В ночь на 18 февраля 1945 года в концлагере Маутхаузен Дмитрий Михайлович Карбышев, в числе других 500 заключённых, был облит водой на морозе и погиб.
Дмитрий Михайлович Карбышев стал символом несгибаемой воли и стойкости.
Звание Героя Советского Союза генералу Дмитрию Карбышеву присвоили посмертно, 16 августа 1946 года.
Подвиг генерала Карбышева увековечен во многих монументах по всей территории бывшего Советского Союза, в мемориальных сооружениях в России и других странах, его именем названы улицы, бульвары и площади, школы, электропоезда, корабли и даже малая планета Солнечной системы – между Марсом и Юпитером.

Электричка ЭР2-1215 имени Генерала Карбышева
на перегоне Красногорская – Павшино Рижского направления. 1984 год. Фото М. Старостин.

Буксирный пароход Пермской судоверфи,
носящий имя генерала Карбышева. Фото из архива Г. А. Ракитина.

Открытие памятника генералу Карбышеву. 7 мая 1980 год.

Памятник генералу Карбышеву в Москве.