Пулемёт работает следующим образом. При нажатии на спусковой крючок спусковой рычаг, опускаясь, освобождает затворную раму, которая под воздействием предварительно сжатой возвратно-боевой пружины начинает двигаться вперёд. Утолщение на задней части ударника, воздействуя на боевые упоры, толкает затвор вперёд, стремясь при этом развести их в стороны. Затвор, двигаясь вперёд, досылает в ствол очередной патрон из магазина. При приходе в крайнее переднее положение затвор останавливается, ударяясь о казённую часть ствола, боевые упоры оказываются против боевых уступов ствольной коробки, ударник под воздействием затворной рамы, продолжая движение вперёд, разводит боевые упоры в стороны, а затем разбивает капсюль патрона. Непосредственно перед выстрелом боевые упоры затвора разведены в стороны и заходят в боевые уступы ствольной коробки, их сведению препятствует утолщение в задней части ударника. После разбития капсюля происходит выстрел, пороховые газы через отверстие встенке канала ствола попадают вгазовую камору и, воздействуя на газовый поршень, толкают его назад. Вместе с газовым поршнем движение назад начинают затворная рама и закреплённый в её стойке ударник. Одновременно сжимается возвратно-боевая пружина. Утолщение ударника перестаёт препятствовать сведению боевых упоров, после чего фигурный паз на затворной раме, воздействуя на нижние выступы боевых упоров, сводит их. При этом суммарная ширина нижних выступов боевых упоров несколько больше, чем ширина прямолинейной части паза затворной рамы. Боевые упоры фиксируются в фигурной части паза, что обеспечивает их плотное, без зазоров и качки прилегание друг к другу. Канал ствола отпирается, затвор начинает своё движение назад вместе сзатворной рамой. Одновременно извлекается из патронника стреляная гильза, которая затем, ударяясь об отражатель, смонтированный на верхней части ствольной коробки, выбрасывается в окно в нижней части ствольной коробки.
После принятия пулемёта на вооружение Дегтярёв не прекращал работу над модернизацией конструкции. Так, полигонные испытания, проводившиеся в начале 1928 года, показали необходимость наличия пламегасителя, выявили недостаточную взаимозаменяемость деталей пулемёта и ряд других недостатков, как конструктивного, так и технологического характера. Войсковые испытания, проводившиеся в Московском, Украинском и Белорусском военных округах, подтвердили выводы полигона. В короткий срок указанные недостатки были устранены.
Не раз указывалось, что дисковый магазин, который применялся с ДП, обладал значительной массой и габаритами, был дорог в производстве и неудобен в эксплуатации. Неоднократно предпринимались попытки решить эту проблему. Ещё до войны в 1938 году испытывался пулемёт, питание которого осуществлялось из неотъёмного магазина смонтированного на левой стороне ствольной коробки, сконструированного по типу магазина японского ручного пулемёта «Намбу» М1922. Он снаряжался стандартными винтовочными обоймами, горизонтально укладывавшимися в магазин. Подача патрона осуществлялась через окно с левой стороны ствольной коробки. Подающий механизм приводился в движение затворной рамой пулемёта. После того, как патроны в нижней обойме были израсходованы, она выталкивалась из магазина и на её место вставала следующая.
Во время войны разрабатывались варианты пулемёта с ленточным питанием. В одном из опытных образцов (проходил полигонные испытания в 1943 году) использовались металлическая лента иприёмник конструкции Шпагина, конструкция которого была аналогична устройству приёмника крупнокалиберного пулемёта ДШК, принятого на вооружение в 1938 году. Подающий механизм приводился в действие двигающейся во время стрельбы рукояткой перезаряжания.