В 1965 г. Д.Д.Брежнев был назначен директором ВИРа. Под его руководством успешно решались задачи мобилизации и изучения растительных ресурсов на территории СССР и зарубежных стран. В мировую коллекцию ВИР поступил уникальный селекционный материал, позволивший успешно решать в селекцентрах страны проблему создания высоко урожайных, адаптированных к регионам страны сортов и гибридов всех сельскохозяйственных культур. Растениеводство СССР получило большой новый сортимент культур, имеющих важное экономическое значение для народного хозяйства страны. Д.Д.Брежнев очень много сделал для восстановления глубоких научных исследований, основанных академиком Н.И.Вавиловым, в области иммунитета растений к болезням и вредителям, физиологии устойчивости растений к абиотическим факторам среды, генетики и биохимии растений, организовал исследования культурных растений и их сородичей методами молекулярной биологии, уделял большое внимание систематике культурных растений.

Д.Д.Брежневым были восстановлено фундаментальное издание ВИР «Культурная флора СССР», периодические издания: «Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции», «Бюллетень ВИР», что способствовало широкому распространению новых знаний. Д.Д.Брежнев приложил много сил для расширения географической сети опытных станций ВИР, укрепления их материально-технической базы, подготовки научных кадров.

Д.Д.Брежнев с сотрудниками ВИР по новому организовал сотрудничество с селекцентрами страны. При многих селекцентрах были созданы опорные пункты ВИР, на базе селекцентров регулярно проводились полевые семинары селекционеров, что ускоряло знакомство их с новым ценным исходным материалом и современными методами селекции. Д.Д.Брежнев по новому организовал сотрудничество ВИР с научными учреждениями и селекционными фирмами зарубежных стран. С 1976 по 1980 гг. Д.Д.Брежнев был Президентом ЕУКАРПИИ (Европейская ассоциация селекционеров растений) и в 1980 г. организовал Конгресс ЕУКАРПИИ в Ленинграде, в котором приняли участие почти все страны представителей этой международной организации селекционеров. Развитие отечественной и вировской науки на этом конгрессе получило международное признание.

Д.Д.Брежнев был большим патриотом нашей страны. С первых дней Великой Отечественной войны он ушел добровольцем на фронт и закончил войну в 1945 г. в Праге, в качестве комиссара танкового батальона. Удостоен высоких боевых наград. Д.Д.Брежнев был видным общественным деятелем, работал секретарем и вторым секретарем Ленинградского ОК КПСС, был участником трех съездов КПСС.

Д.Д.Брежнев являлся членом Академий сельскохозяйственных наук ГДР и Франции, Венгерской академии наук, Почетным доктором Будапешского университета, членом Международного Комитета по генетическим ресурсам растений (ФАО), членом Совета ассоциации селекционеров. Всегда достойно представлял отечественную науку по международных конгрессах и совещаниях. Д.Д.Брежнев внес большой личный вклад в пополнение коллекций мировых растительных ресурсов, систематически совершал поездки в зарубежные страны для сбора растений. По инициативе Д.Д.Брежнева в ВИРе было создано 6 региональных экспедиций для сбора культурных растений и их диких сородичей на территории СССР. Д.Д.Брежнев уделял большое внимание подбору и подготовке научных кадров, качеству представляемых на защиту кандидатских и докторских диссертаций. Решению кадровых вопросов способствовало участие ВИР в долевом строительстве жилья в г.Ленинграде и строительство жилья на опытных станциях института.

Д.Д.Брежнев в течение 10 лет возглавлял редакционную коллегию печатного органа ВАСХНИЛ «Вестник сельскохозяйственной науки», где уделял большое внимание научно-организационным вопросам сельского хозяйства, охране природы, сохранению растительных ресурсов. За большие заслуги в научно-производственной деятельности, подготовку научных кадров и в связи с 70-летием, в 1975 г. Указом Президиума Верховного Совета СССР Д.Д.Брежневу было присвоено звание Героя Социалистического Труда. Неутомимый исследователь и организатор науки, воспитатель научной смены, очень много сделал для развития отечественной сельскохозяйственной науки и в настоящее время его последователи трудятся на благо Отчизны.