Отстаивая реформаторский курс, Милютин, как и большинство либералов, продолжал верить в творческие силы монархии, в ее способность преобразовать Россию. Он был всецело предан Александру II, видел в нем Царя-освободителя и основной оплот происходящих в стране прогрессивных перемен. В одной из его записок середины 1860-х годов сказано: «реформа у нас может быть произведена только властью», так как в стране еще слишком сильны «брожение» и «разрозненность интересов». Поэтому «мысли о конституционных проектах должны быть отложены на многие лета». Дмитрий Алексеевич считал совершенно необходимыми для политической стабильности России «сильную власть и решительное преобладание русских элементов». Однако, в его понимании, подобная власть не исключала ни личной свободы граждан, ни общественного самоуправления, а приоритет русской нации не означал подавление других народностей. «Тот, кто хочет истинного блага России и русского народа, кто думает более о будущности их, чем о настоящих эгоистических интересах, тот должен отвергать решительно все, что может или колебать власть единую и нераздельную, или подстрекать и потворствовать сепаратизму некоторых частей».
Лозунгу о единой и неделимой России при господствующем положении «русского элемента» Милютин оставался верен всю жизнь. Он принадлежал к сторонникам активной имперской политики, направленной на внешнюю экспансию и расширение границ государства. Приверженность либеральным идеям вполне органично сочеталась в его мировоззрении с крайней жесткостью и даже нетерпимостью в проведении подобной политики. Милютин выступил за беспощадное подавление польского восстания 1863–1864 годов, одобрил карательные меры генерал-губернатора М.Н. Муравьева («Вешателя») в Северо-Западном крае. Такой же линии он придерживался и по отношению к Остзейскому краю и Финляндии. Несмотря на возражения министра иностранных дел князя А.М. Горчакова, опасавшегося осложнений в отношениях с Великобританией, Милютин настаивал на завоевании Средней Азии. В 1867 году по его предложению туркестанским генерал-губернатором и командующим войсками округа был назначен генерал К.П. Кауфман, который стал претворять в жизнь наступательные планы военного министра.
При осуществлении реформ Милютину приходилось преодолевать сопротивление мощной оппозиции в верхах. После покушения Д.В. Каракозова на Александра II в 1866 году во внутренней политике усилились консервативные тенденции. Ведущее положение в правительстве заняла группировка начальника III отделения собственной Его Императорского Величества канцелярии графа П.А. Шувалова. В нее входили также сменивший А.В. Головнина министр народного просвещения граф Д.А. Толстой, министр внутренних дел А.Е. Тимашев, министр юстиции граф К.И. Пален, председатель Комитета министров князь П.П. Гагарин и некоторые другие высшие сановники. Пересмотр либерального законодательства 1860-х годов сочетался в планах консерваторов с замыслом о введении в России конституции в олигархическом варианте. Поэтому ярко выраженный «антиконституционализм» Милютина тех лет во многом объяснялся тактическими соображениями – и его, и других либеральных бюрократов тревожили притязания аристократической верхушки на раздел власти с троном.
Консервативная группировка начала против военного ведомства настоящую кампанию. Военного министра подозревали в скрытом либерализме, считали, что он, как и его брат Николай, стоит на радикальных позициях. Консерваторы встречали в штыки его выступления против дворянских привилегий. В 1868 году Шувалов и Тимашев обвинили «Русский инвалид» «во вредном направлении», докладывали Александру II, что газета «возбуждает неосуществимые надежды крестьян». В результате этой интриги Милютин потерял свое любимое детище. В следующем году «Русский инвалид», ставший официальным органом Генерального штаба, сосредоточился на публикации чисто военных материалов.
Острая борьба по вопросам народного просвещения разгорелась между Милютиным и Толстым – ярым сторонником классического образования. В Государственном совете военный министр неизменно вступал со своим оппонентом в жаркие споры. Он доказывал, что классическое образование, при всех его достоинствах, нельзя развивать за счет технических и естественно-научных дисциплин, что древние языки и знание античной культуры сами по себе не смогут отвлечь молодежь от революционных устремлений: «благодетельное или вредное влияние обучения зависит от приемов обучения, а не от сущности самой науки». При этом Дмитрий Алексеевич не ограничивался одними речами, а принимал деятельное участие в создании противовеса толстовскому «классицизму» – сети реального образования, ориентированного на изучение прикладных наук, в которых крайне нуждались промышленность и реформируемая армия.