Назначенный по окончании турецкой войны командиром 2-й бригады 1-й уланской дивизии, а потом — командующим 3-й уланской дивизией, Остен-Сакен принимал участие в июльской кампании в Польше 1831 г., и командовал авангардами сначала 3-го резервного кавалерийского корпуса и затем 1-го пехотного корпуса графа Палена; за отличие в сражениях под Венгровым, Вавром, Гроховым был 31 марта 1831 г. произведён в генерал-лейтенанты. Назначенный затем начальником отдельного отряда, он получил предписание очистить от мятежников пространство между р. Бугом и Наревом и прусской границей, и участвовал во многих стычках с мятежниками. Между прочим 7 июня нанёс поражение корпусу Гельгуда на Панарских высотах бляз Вильны; 16 июля овладел Ковной, а 25 и 26 августа, командуя сводной кавалерийской дивизией в корпусе барона Крейца находился в сражении под Варшавой. За отличие в делах кампании Остен-Сакен получил орден «Virtuti militari» 2-й степени.
По окончании Польского похода Остен-Сакен был назначен командующим 4-й уланской дивизией, 8 января 1835 г. — командиром 2-го резервного кавалерийского корпуса и 23 октября был награждён орденом Белого Орла, 3 сентября 1837 г. получил орден св. Александра Невского (алмазные знаки к этому ордену пожалованы 8 сентября 1845 г.); 10 октября 1843 г. был произведён в генералы от кавалерии и, наконец, 19 сентября 1847 г. получил орден св. Владимира 1-й степени. С началом Венгерской кампании он был назначен командующим войсками, расположенными в Галиции и за отличия, по окончании войны, получил австрийский орден Леопольда Большого креста и 22 августа 1849 г. назначен генерал-адъютантом. 20 января 1850 г. он был назначен командиром 4-го пехотного корпуса, а в следующем году — шефом Новомиргородского уланского полка. Затем, он командовал 3-м пехотным корпусом.
Крымская война
Когда началась война с Турцией и губернии Херсонская, Таврическая и область Бессарабская были объявлены на военном положении, то Остен-Сакену были подчинены, на правах командира отдельного корпуса, Бессарабская область и та часть Херсонской губернии, что лежит на правом берегу р. Буга. Находясь в Одессе во время объявления Крымской кампании, барон Остен-Сакен принял энергичные меры к защите города, и под его руководством были возведены те батареи, которые 10 апреля 1854 г. с успехом отражали нападение союзного флота. За это отражение он был награждён 21 апреля орденом св. Андрея Первозванного. Вслед затем назначенный начальником Севастопольского гарнизона, он в течение всей осады принимал самое деятельное участие в обороне, причем с 18 февраля 1855 г., после отъезда князя Меншикова из Севастополя, состоял начальником севастопольских войск до прибытия нового главнокомандующего князя Горчакова. 3 марта 1855 г. Остен-Сакен назначен шефом Новоархангельского уланского полка и 28 августа покинул Севастополь со всем своим штабом.
Е. В. Тарле в своей «Крымской войне» приводит очень едкую характеристику на Остен-Сакена участника Севастопольской обороны офицера Милошевича:
«Не давай Сакен рецептов в полки и на бастионы, как делать шипучий квас, и не снабжай всех „верными" средствами противу холеры, никто и не подозревал бы его существования в Севастополе. Он жил в четырёх стенах прекрасной квартиры в Ник[олаевской] батарее, своды над которой ежедневно посыпали [страха ради] бомбами; на бастионы показывался не более четырёх раз во все время, и то в менее опасные места, а внутренняя его жизнь заключалась в чтении акафистов, в слушании обеден и в беседах с попами».
10 августа 1855 г., за оказанные заслуги, барон Д. Е. Остен-Сакен был пожалован в графское Российской империи достоинство; 1 января следующего года был назначен членом Государственного совета, а через год, по прошению, уволен в бессрочный отпуск. 12 декабря 1874 г., в день пятидесятилетия служения Остен-Сакена в генеральских чинах, ему были пожалованы алмазные знаки ордена св. Андрея Первозванного. Граф Остен-Сакен скончался 4 марта 1881 года, на 92 году от рождения, прослужив 76 лет в офицерских чинах. За время своей службы он принимал участие в 15 кампаниях и более, чем в 90 сражениях и стычках, но, несмотря на выдающуюся храбрость, ни разу не был ни ранен, ни контужен.
Литературное поприще
Граф Д. Е. Остен-Сакен не был чужд и литературной деятельности. Он напечатал:
Катехизис верховой езды. Елисаветград, 1838
Оборона против нападающих на оборону Севастополя // «Военный сборник», 1861, № 2
Мысли о драгунах // «Военный сборник», 1862, № 7
Мысли об устройстве лёгкой конницы и некоторые замечания // «Военный сборник», 1862, № 7
Воспоминание в 1865 г. о Бородинской битве и о Бородинском памятнике в Москве. М., 1865
Действия отдельного отряда генерал-майора, потом генерал-лейтенанта барона Остен-Сакена в войну 1831 года. СПб., 1865
Мысли о некоторых предметах военного дела и разные военно-историческия сведения. СПб., 1865
Начало самобытной жизни А. С. Хомякова //«Утро», 1866, с. 426—429.
Мысли о воспитании детей и советы детям моим, когда Бог благословит их добрыми жёнами и детьми. М., 1867
Обращение генерал-адъютанта графа Д. Е. Остен-Сакена к гражданам Одессы, Одесса 1872
Сведения об осмотре в Елизаветграде и Одессе некоторых учебных и благотворительных заведений и о введении мною лесоводства во время управления с 1835 по 1850 год первыми 8-ю округами бывшего военного поселения. Елисаветград, 1874
