За свою военную деятельность Д. А. Милютин был награжден всеми российскими орденами, включая орден Св. Апостола Андрея Первозванного, и многих зарубежных наград. Он состоял почетным президентом Академии Генштаба и Военно–юридической академии, почетным членом Академии наук, Артиллерийской, Инженерной и Медико–хирургической академий.
Покушение на Александра II в 1881 г. стало причиной перехода правительства Александра III к открытой реакции. Манифест о «Незыблемости самодержавия» предопределил переход к контрреформам. Д. А. Милютин был вынужден уйти в отставку. В этом же году он покинул Петербург и поселился в своем имении — в Симеизе. Однако, в 1880–90‑е гг. он встречался с Александром III и Николаем II, великим князем Константином Николаевичем. Его посещали министр финансов С. Ю. Витте, министры иностранных дел Н. К. Гире и В. Н. Ламздорф, дипломаты А. Г. Жомини, А. И. Нелидов, П. А. Шувалов. О его заслугах в 1898 г. вспомнил Николай II и в дни торжеств по случаю открытия памятника Александру II в Москве Д. А. Милютин был произведен в генерал–фельдмаршалы. За эти годы он побывал практически во всех европейских странах, живо интересовался военным воздухоплаванием, проводил время среди книг.
Скончался Дмитрий Алексеевич 25 января 1912 г. и был похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве. Дневники и воспоминания по его завещанию были переданы на хранение в Императорскую академию Генерального штаба.