Храбрость и находчивость молодого офицера были по достоинству оценены армейским начальством, и в Отечественной войне 1812 г. он принял участие уже в чине подполковника. И под командование ему был отдан батальон Ахтырского гусарского полка во второй Западной армии Багратиона. Вместе с вверенным ему воинским подразделением Денис Давыдов принял участие в жарких оборонительных боях, пытаясь воспрепятствовать наполеоновскому вторжению. Но несмотря на отчаянное сопротивление русской армии, французы продвигались все дальше и дальше. Необходимо было в корне менять тактику обороны. И незадолго до Бородинского сражения Давыдов обратился к Багратиону с просьбой разрешить ему организацию партизанских набегов на тылы французской армии. Свою просьбу он мотивировал тем, что у французов крайне слабые коммуникационные связи между тылом и боевыми подразделениями, и, если хотя бы частично прервать снабжение армейских частей, то, возможно, удастся остудить боевой пыл захватчиков. Тактика партизанских действий Давыдова заключалась в том, чтобы избегать открытых нападений, налетать врасплох, менять направление атак, нащупывая уязвимые места противника. Для проведения партизанских действий Давыдов просил дать в его распоряжение тысячу кавалеристов, но для «опыта» ему дали всего лишь 50 гусар и 80 казаков. Но даже с такими малыми силами Денис Васильевич смог добиться успеха в первый же рейд.
1 сентября, когда французы были уже почти уверены в победе и готовились к последнему рывку – вступлению в Москву, – Давыдов со своим отрядом разгромил на Смоленской дороге одну из тыловых групп противника. В ходе этой партизанской вылазки был отбит обоз с награбленным у жителей имуществом и транспорт с военным снаряжением, взято в плен более двухсот человек. Успех был впечатляющим. Отбитое оружие было здесь же роздано крестьянам, которые оказывали партизанскому отряду посильную помощь. Впоследствии Давыдов достаточно часто прибегал к помощи местного населения. Крестьяне служили ему лазутчиками, проводниками, сами принимали участие в истреблении французских фуражиров. Правда, иногда возникали и трудности. Дело в том, что форма русских и французских гусар была очень схожа, и жители подмосковных селений поначалу нередко принимали кавалеристов Давыдова за французов, и тогда он переодел подчиненных в кафтаны, сам тоже облачился в крестьянскую одежду, отпустил бороду, навесил на грудь образ святого Николая-Чудотворца. И отряд гусар-партизан продолжил свою подрывную деятельность, которая приняла особенно широкий размах во время отступления Наполеона из России. Днем и ночью отряд Давыдова не давал покоя врагу. Особенно знаменита была вылазка партизан в конце октября 1812 г., говоря о которой великий полководец Кутузов отметил: «Победа сия тем знаменита, что в первый раз в продолжение нынешней кампании неприятельский корпус положил перед нами оружие». А добился этой победы гусар-партизан следующим образом: Давыдов соединился с образовавшимися по его примеру партизанскими отрядами Фигнера, Сеславина и Орлова-Денисова, и 28 числа под Ляховым атаковал двухтысячную колонну генерала Ожеро. Окруженные французы сдались. Причем многие из военнопленных стали под знамя русских партизан. И эта заслуга целиком и полностью принадлежит Давыдову. Ведь несмотря на то, что он полностью усвоил жестокие законы войны, Денис Васильевич в отличие от многих своих соратников никогда не отличался жестокостью и не казнил пленных. Напротив, он удерживал других от самочинных расправ и требовал гуманного отношения к сдавшимся врагам, что отнюдь не мешало Давыдову продолжать борьбу с захватчиками. И хронология его побед продолжалась. Например, 4 ноября под Красным он взял в плен генералов Альмерона и Бюрта, много других пленных и большой обоз. Победой увенчались и две последующие операции: 9 ноября под Копысом и 14 ноября под Белыничами. После этого 9 декабря он вынудил австрийского генерала Фрелиха сдать ему Гродно.
Война 1812 г. добавила наград удалому гусарскому командиру: ордена Святого Георгия 4-й степени и Святого Владимира 3-й степени, а также чин полковника.
Но вскоре удача начала постепенно отварачиваться от Давыдова. В 1813 г., когда его отряд вошел в состав корпуса генерал-адъютанта Винценгероде и участвовал с ним 1 февраля в бою под Калишем, Денис Васильевич, как всегда, перехватил инициативу. Лихой гусар без разрешения Винценгероде предпринял набег на Дрезден. Этот поступок вызвал возмущение у генерал-адъютанта, и, даже несмотря на то что Давыдову удалось добиться капитуляции гарнизона, командир корпуса за самовольство отстранил его от должности и даже хотел отдать под суд. Заступничество друзей и доброжелательное отношение к нему Александра I позволили Денису Васильевичу через некоторое время вернуться в армию.