В январе 1942 года Медведев возвращается в Москву и докладывает о выполнении порученных ему заданий. Но он промолчал о полученных им за это время ранах и контузиях. Одна из ран могла привести его к гибели, если бы не пронес командира несколько километров на своих плечах его адъютант, знаменитый в предвоенные годы боксер Николай Королев.
В апреле 1942 года Медведев утвержден сотрудником Высшей школы НКВД по специальным дисциплинам. Ему поручают возглавить новый отряд, более сильный и с более важными задачами. В нем должна была найти воплощение мысль, зародившаяся у Дмитрия Николаевича еще на Брянщине, – о чрезвычайной эффективности в нынешней войне соединения разведывательной работы с партизанской деятельностью. У будущего подразделения должно было быть две сферы деятельности. Первая – сбор в тылу врага необходимой военной, политической и экономической информации. Вторая – диверсии на железных дорогах, уничтожение воинских складов, налеты на гарнизоны, распространение среди населения листовок, рассказывающих правду о положении на фронтах, уничтожение предателей.
С июня 1942 года по февраль 1944 года Медведев – командир партизанского отряда специального назначения «Победители», действовавшего на центральной и западной Украине. Отряд провел свыше 120 крупных операций, уничтожил ряд высокопоставленных лиц оккупационного режима (11 генералов и высших государственных чиновников), 81 воинский эшелон, до 2000 немецких солдат и до 6000 полицейских и украинских националистов.
Среди наиболее ценной разведывательной информации, переданной Медведевым в Москву, можно назвать сообщения о подготовке гитлеровцами покушения на участников исторического совещания в Тегеране – Сталина, Рузвельта и Черчилля; о размещении под Винницей полевой ставки Гитлера; о подготовке немецким командованием крупного наступления под Курском.
Одновременно большие усилия Медведев направлял на организацию партизанского движения в западных областях Украины. В этих районах было создано четырнадцать партизанских отрядов. Дмитрий Николаевич был инициатором проведения встреч, оперативных совещаний командиров партизанских соединений, бригад и отрядов.
Корреспондент газеты «Правда», прибывший к партизанам, Коробов писал: «Наконец привелось увидеть этого таинственного Медведева. Это высокий человек в валяных сапогах, заячьей шапке. Подтянут. Глаза очень хитрые и создают такое впечатление, будто всверливаются в тебя, стараясь разгадать затаенные мысли. В разговоре нетороплив, дипломатичен и, как разведчик, собран, со скрупулезной педантичностью следит за ходом беседы. Выводов этот человек не делает, для него важны факты, за которые цепляется точно рысь».
Несмотря на доброту и отзывчивость, Медведев был всегда требователен к себе и своим товарищам по оружию. Он придавал большое значение внешнему виду бойцов. Они носили звездочки на головных уборах, а командиры – положенные знаки различия. Бойцы привыкли видеть своего командира всегда подтянутым, чисто выбритым, даже щеголеватым. Его любили и побаивались, прозвали «железным полковником».
Медведев в боях был дважды ранен и один раз контужен. С февраля 1944 года находился на лечении в Москве, после выздоровления назначен заместителем начальника 4‑го Управления НКВД.
В условиях ежечасной смертельной опасности Медведев заставлял партизан заниматься спортом. Каждое утро они делали зарядку. А однажды, когда гитлеровцы особо рьяно преследовали его партизанский отряд, он поручил разведчикам раздобыть в городе волейбольный мяч и сетку. На привалах во время передышки стали натягивать сетку и играть в волейбол. Эта игра успокаивала партизан, напоминала им о полузабытой мирной жизни.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 5 ноября 1944 года за образцовое выполнение заданий командования в тылу противника и проявленные при этом мужество и героизм Д. Н. Медведеву было присвоено звание Героя Советского Союза. Он был также в разное время награжден четырьмя орденами Ленина, орденом Красного Знамени, многими медалями.
В октябре 1946 года в звании полковника Дмитрий Николаевич по состоянию здоровья вышел в отставку. Занимался литературным трудом. Еще весной 1942 года в своем дневнике он записал: «Ведь когда-нибудь после победы над фашистами, если останусь жив, захочу написать книгу для юношества». Теперь эта мечта осуществилась. Им были написаны книги «Это было под Ровно», «Сильные духом», «Отряд идет на Запад», «На берегах Южного Буга».
Скончался Д. Н. Медведев на 57‑м году жизни 14 декабря 1954 года и был похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.