Преподавание было необходимой частью архитектурного труда Сухова. Оно сопутствовало его работам строителя-практика и реставратора и, в той или иной форме, продолжалось до конца его дней. Вместе с Н. В. Марковниковым он был одним из инициаторов организации Московских женских технических строительных курсов, где в 1910—1919 гг. вел курс архитектурной композиции. В 1920-х гг. по поручениию Наркомзема Сухов преподавал в кустарно-промышленных школах Московского, Владимирского, Горьковского уездов, в Институте народного хозяйства имени Г. В. Плеханова, на Пречистенском рабфаке. Курс интерьера и малых форм он вел в Московском архитектурном институте (1935—1939 гг.).
Практику строительства Сухов начал осваивать, работая помощником у архитекторов академиков Г. И. Котова, М. Т. Преображенского, а по окончании училища — у С. И. Соловьева, по проекту которого строилось здание Строгановского училища в Москве (ныне МАрхИ, ул. Жданова, 11). Первые самостоятельные работы (1892— 1896 гг.) Сухов выполняет в качестве архитектора Московской городской управы (это были казармы казачьи, конные, артиллерийские), проектирует и строит павильон города Москвы на Всероссийской выставке 1896 г. в Нижнем Новгороде.
В 1896—1915 гг., работая в Московской уездной земской управе, Сухов проектировал и строил больницы и школы, рассматривая свой труд как задачу не только архитектурную, но и гражданскую. «Общение с земскими деятелями — докторами и педагогами выяснило мне всю значительность моей работы на пользу народа»,— писал он об этом позднее.
Архитектор своего времени, Сухов выполнял постройки в разных стилях. Так, дом Всеволожского близ станции Хлебниково (1910— 1911 гг.) спроектирован в характере архитектуры XVIII в., а построенный в 1912—1913 гг. дом И. И. Матвеева в Москве на Введенской площади (ныне пл. Журавлева, 12) — в стиле модерн. При этом Сухов сохраняет свою манеру стилизации, за которой чувствуется крепкая основа классической школы и глубокое знание русской архитектуры. Модерн в особняке Матвеева проявляется не в приеме плана или общей организации масс, а скорее в деталях декоративного убранства — обработке эркеров, рисунке оконных переплетов и т. п. Характерно, что свободные очертания решетки проемов над входами ближе к барокко, чем к модерну, а в решении фасада двооового корпуса угадывается присущий русскому зодчеству прием сочетания разновеликих объемов в уравновешенной асимметричной композиции. К тому же периоду начала XX в. относятся построенные в Москве торговый дом Германова на Тверской (1913—1914 гг.), дом Белик на бывшем Петроградском тракте (1915—1917 гг., оба не сохранились).
Другие задания и программы появляются в работах Сухова после революции: он проектирует и строит поселок Москва-уголь в Скопинском уезде (1920—1921 гг.), а в 1925 г.—заводские, административные здания и школу для завода Анилтреста в Дорогомилове (Москва), санаторий «Черемушки» под Москвой и ряд других зданий.
Архитектурная практика вооружила Сухова доскональным знанием строительного дела и заложила прочный фундамент для его последующих научно-исследовательских и реставрационных работ. Начало их связано с Московским археологическим обществом, поручения которого он выполнял с момента окончания училища, во время поездок по России и Кавказу с целью изучения и фиксации памятников архитектуры. В 1906 г. Сухов был избран действительным членом Общества. Объектами его исследований и реставрации становятся Московский Кремль, храм Василия Блаженного, Крутицкий теремок и Сухарева башня в Москве, Троице-Сергиева лавра и др.
Охрана памятников культуры была одним из главных направлений его работы как реставратора. С 1921 г. она велась им в Центральных государственных реставрационных мастерских, которые возглавлял И. Э. Грабарь, а Сухов с 1925 г. руководил их архитектурной секцией. В число памятников, которые были предметом обследования и реставрации мастерских, помимо упомянутых выше вошел ряд других исторических сооружений Москвы: Китайгородская стена (1923 г.), Воскресенские Иверские ворота на Красной площади, дом дьяка Аверкия Кириллова на Берсеневской набережной (1925— 1927 гг.), дом В. В. Голицына в Охотном ряду (1928 г.) и др. Среди церквей, реставрацию которых осуществлял Сухов в 1920-х гг., были церкви Гребневской божьей матери, Косьмы и Дамиана в Старых Панех, Рождества в Столешниках, Николы в Клепиках на Маросейке. Многие из этих зданий были разобраны, и их облик сохранился только в рисунках Сухова.
В 1930-е гг. он реставрирует здания не только в Москве, но и собор и кремль в Вологде, Прилукский монастырь (1931 г.), Дмитровский собор во Владимире (1933 г.), в Звенигороде собор на Городке и Саввино-Сторожевский монастырь (1934 г.), кремль в Туле (1935 г.).
Особое место в работах Д. П. Сухова занимает Крым, его средневековые памятники, без исследования которых, как он полагал, нельзя обойтись при изучении русской архитектуры.