8 февраля 1928 г. Д.С. Лихачёв был арестован по обвинению в контрреволюционной деятельности. Ему в вину вменялось в том числе написание незадолго до ареста доклада для прочтения в «Космической академии наук» о преимуществах старой русской орфографии («Медитацiи на тему о старой, традицiями освященной исторической русской орфографiи, попранной и искаженной врагомъ Церкви Христовой и народа россiйскаго, изложенныя въ трехъ разсужденiяхъ Дмитрiемъ Лихачевымъ февраля 3 дни 1928 г.»). Д.С. Лихачёв отмечал, что «введение новой орфографии равносильно изъятию церковных ценностей», и что «новая орфография явилась делом антихристовой власти», стремящейся «отторгнуть Россию от небесной благодати». 8 октября 1928 г. Коллегия ОГПУ без очного суда вынесла постановление, по которому Д.С. Лихачёв был осуждён на пять лет заключения и направлен в Соловецкий лагерь особого назначения (СЛОН). На пересылке Д.С. Лихачёв, согласно его дневниковым записям, читал в уме молитву, а при входе в бывший Соловецкий в честь Преображения Господня мужской монастырь «хотел снять шапку и перекреститься». Особое значение для Д.С. Лихачёва во время соловецкого заключения имела его встреча со священником Николай Николаевичем Пискановским, его духовным отцом, познакомившим Д.С. Лихачёва с бывшим епископом Глазовским Виктором (Островидовым). С 1929 г. Д.С. Лихачёв – сотрудник научно-исследовательского Криминологического кабинета. В ноябре 1931 г. был переведён в Белбалтлаг, где работал счетоводом и железнодорожным диспетчером на строительстве Беломорканала. После досрочного освобождения в 1932 г. вернулся в Ленинград, работал корректором и литературным редактором в ленинградских издательствах. В 1936 г. по ходатайству президента Академии Наук СССР Александра Петровича Карпинского с Д.С. Лихачёва была снята судимость. В том же году Д.С. Лихачёв женился на Зинаиде Александровне Макаровой (1907–2001 гг.), с которой прожил всю жизнь; в 1937 г. у них родились дочери-близнецы Вера и Людмила (впоследствии учёные-искусствоведы). С 1938 г. Д.С. Лихачёв – младший научный сотрудник Института русской литературы (ИРЛИ; Пушкинский Дом), с 1941 г. – старший научный сотрудник. Блокадной зимой 1941/1942 гг. и весной 1942 г. находился в Ленинграде, работал в ИРЛИ. В 1942 г. Д.С. Лихачёв издал брошюру «Оборона древнерусских городов» (совместном с археологом Марией Александровной Тихановой), основанную на рассказах летописей и исторических повестях. В июне 1942 г. эвакуирован с семьёй в Казань, где находился вместе с эвакуированными ранее сотрудниками ИРЛИ до 1944 г. Награждён медалями «За оборону Ленинграда» (1942 г.), «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.» (1946 г.). После войны наряду с основной работой в ИРЛИ Д.С. Лихачёв преподавал на историческом факультете ЛГУ (в 1946–1951 гг. – доцент, в 1951–1953 гг. – профессор; читал лекции по истории русского летописания, славянской палеографии, истории культуры Древней Руси и др.). С 1954 по 1999 гг. Д.С. Лихачёв возглавлял сектор (с 1986 г. – отдел) древнерусской литературы, принял руководство после своего учителя Варвары Павловны Адриановой-Перетц.