Кап. Добрев като доброволец участва в Сръбско-българската война (1885 г.), а като юнкер - в детронирането на княз Александър I Батенберг.

На 1 януари 1889 г. е произведен в първо офицерско звание "подпоручик" и още през същата година постъпва на служба във Флотилията и Морската част в Русе.

През 1896-1897 г. Добрев следва и завършва успешно Кралското торпедно училище в Пола (Австро-Унгария).

През октомври 1899 г. вече е вахтен офицер и завеждащ торпедното въоръжение на учебния крайцер "Надежда".

На 15 октомври 1903 г. Добрев пристига в Санкт Петербург и е зачислен в Морския офицерски артилерийски клас в Кронщад.

Обучението е с времетраене една година. Още в началото на 1904 г. Добрев се готви на участва в руско-японската война с идеята, че ако не преживее една морска война, каква ползва има от ученето.

Към 1903-1904 г. Д. Добрев е настроен песимистично за кариерата си като офицер в българския флот. "Тук ще стана един учен, за да гния после пак във Варна", пише той от Кронщад. Добрев достига дори до идеята да остане на руска служба.

С такова убеждение и настроение през април 1904 г. Добрев изпраща рапорт до Военното министерство с молба да му бъде разрешено плаване в руската Втора Тихоокеанска ескадра. Предварително той получава съгласието на началника на Учебно-артилерийския отряд и началника на Главния морски щаб.

В рапорта си подпоручик Добрев развива мисълта, че за него и българското морско офицерство ще бъде интересна ролята на подводниците. Този клас кораби току-що прохожда с много аварии.

През август 1904 г. му е разрешено да бъде командирован за практически занятия в далечно плаване с руския флот. През юни-юли 1904 г. подпоручик Добрев плава с броненосеца "Николай I" и крайцера "Владимир Мономах". На 2 август с. г. е зачислен в екипажа на крайцера "Дмитрий Донской". Корабът е строен през 1885 г. Има водоизместване 6200 тона, скорост от 17 възела. Въоръжен е с 32 оръдия и 5 торпедни апарати. Носи 825 тона запас от въглища. Заедно с крайцера "Адмирал Нахимов" е най-старият кораб в отряда.

На 2(15) октомври 1904 г. Втора Тихоокеанска ескадра поема от пристанище Либава на Балтийско море към Владивосток. Командир на групата военни кораби е контраадмирал Зинови Петрович Рождественски.

След дългия преход до Далечния изток, на 15 май 1905 г. корабът на Добрев влиза в бой с японски миноносци, губи сражението, бива потопен и Добрев попада в плен.

На 30 октомври е предаден на руските власти и отплава за Владивосток. Оттам - за Санкт Петербург, където пристига на 30 ноември 1905 г. През месец февруари 1906 г. се завръща в България, където е награден с българския орден "Св. Александър" IV степен с мечове и с руския орден "Св. Владимир" IV степен с мечове и бант "за показани от него особени подвизи на храброст и саможертва в боя с японския флот на 14-15 май 1905 г."

Димитър Добрев става последователно е началник на Морското училище (1906-1908 г.), началник на подвижната отбрана, командир на крайцера "Надежда".

Уволнен е от флота през 1911 г.

През Балканската война (1912-1913 г.) е върнат на служба като началник на подвижната отбрана. Командва отряда миноносци, който на 7 ноември 1912 г. атакува успешно турски крайцер "Хамидие".

След войната капитан I ранг Димитър Добрев напуска флота и дълги години работи като адвокат във В. Търново.

Умира на 11 април 1944 г. във Велико Търново.