Лихачёв был освобожден досрочно, в 1932 году, причем «с красной полосой» — то есть с удостоверением о том, что он — ударник строительства Беломорско-Балтийского канала, и это удостоверение давало ему право проживать где угодно. Он вернулся в Ленинград, работал корректором в издательстве Академии наук (получить более серьезную работу мешало наличие судимости). В 1938-м стараниями руководителей Академии наук СССР с Лихачёва была снята судимость. Тогда Дмитрий Сергеевич поступил на работу в Институт русской литературы АН СССР (Пушкинский Дом). В июне 1941-го защитил кандидатскую диссертацию по теме «Новгородские летописные своды XII века». Докторскую диссертацию ученый защитил после войны, в 1947-м.

Войну Лихачёвы (к тому времени Дмитрий Сергеевич был женат, у него было две дочери) пережили частично в блокадном Ленинграде. После страшной зимы 1941–1942 годов их эвакуировали в Казань. После пребывания в лагере здоровье Дмитрия Сергеевича было подорвано, и он не подлежал призыву на фронт.

Главной темой Лихачёва-ученого стала древнерусская литература. В 1950 году под его научным руководством были подготовлены к изданию в серии «Литературные памятники» Повесть временных лет и «Слово о полку Игореве». Вокруг ученого собрался коллектив талантливых исследователей древнерусской литературы. С 1954-го года до конца жизни Дмитрий Сергеевич возглавлял сектор древнерусской литературы Пушкинского Дома. В 1953-м Лихачёв был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР. На тот момент он уже пользовался непререкаемым авторитетом среди всех ученых-славистов мира.