В октябре 1862 года после отставки графа В. Н. Панина Д. Н. Замятнин был назначен управляющим Министерством юстиции, а 1 января 1864 года утвержден в должности министра юстиции и генерал-прокурора. Таким образом в судьбоносные для России годы, в период подготовки и проведения судебной реформы, во главе министерства встал человек прогрессивных взглядов, обладавший большой эрудицией и высокими нравственными качествами. Перемены в министерстве не заставили себя ждать. Замятнин хорошо знал все тонкости и особенности ведомства, все его сильные и слабые стороны, и это очень помогало в работе.

Г. А. Джаншиев писал, что «с назначением Замятнина в министерстве юстиции стал носиться иной дух, выработались иные порядки. После такого черствого, безжизненного бюрократа, чиновника до мозга костей, каким был граф Панин, служивший истинным олицетворением бездушного формализма, вдруг занимает министерский пост человек мягкий, ласковый, приятный в обращении, доступный для всех».

Замятнин сразу же упростил взаимоотношения с подчиненными и просителями. Он ввел приемные часы «для личных объяснений», а правитель его канцелярии вообще принимал просителей в любое время, докладывая наиболее важные просьбы министру уже на следующий день. Дмитрий Николаевич любил напоминать сотрудникам, что «просителю, как бы больному, нужна помощь немедленная или объяснение, что ему помощь невозможна». Лично сам он никому и никогда не давал пустых «широковещательных обещаний». Но если же решение вопроса зависело от него, то он делал все возможное, чтобы помочь человеку.

Служивший под началом Замятнина правитель канцелярии министерства, впоследствии Сенатор, Дмитрий Борисович Бер писал о нем: «Всегда спокойный, хладнокровный, чуждый мелочного самолюбия, он требовал серьезного отношения к делу. Он обладал особым умением выслушивать своих подчиненных. Исполнитель, которому была поручена какая-либо работа, был уверен, что он всегда придет вовремя к своему начальнику и будет выслушан им без малейшей тени недовольства и досады, хотя бы он представлял свои соображения о невозможности исполнить данное приказание. Каждое малейшее сомнение обсуждалось, подвергалось строгой критике, весьма часто коллегиально, и дело от таких приемов выигрывало, притом же начальник этим приемом узнавал своих подчиненных. Это не было нерешительностью, а было, напротив, желанием отыскать правду, наилучшим образом осуществить ее и поставить дело на законную твердую почву».

Дмитрий Николаевич умело подбирал в свой аппарат толковых и инициативных работников. При этом он не принимал во внимание ни возраст, ни занимаемое тем или иным заинтересовавшим его человеком положение в судебной иерархии. Главные качества, которые он ценил в людях — это отношение к делу, профессионализм и искреннее желание служить Отечеству. Он сумел сгруппировать вокруг себя способных людей, прозванных в министерстве «могучей кучкой».

Д. Н. Замятнин стал руководить Министерством юстиции и органами прокуратуры в то время, когда после обнародования Манифеста 19 февраля 1861 года об освобождении крестьян от крепостной зависимости в Российской империи резко обострилась политическая ситуация. Волнения, начавшиеся в низах еще накануне издания Манифеста, не только не прекратились, но еще более нарастали. Они широко поддерживались революционными демократами, которые рассчитывали приблизить «аграрную революцию». В эти же годы разрасталось национально-освободительное движение в Польше, Литве, Белоруссии. Серьезно беспокоили правительство становившиеся все более массовыми студенческие выступления. В Россию проникали из-за границы запрещенные издания, широко распространялись листовки, прокламации и воззвания.

В борьбе с революционно-освободительным движением правительство Александра II не могло опираться только на III Отделение. В отличие от царствования Николая I в орбиту борьбы с политическими преступниками все более вовлекались Министерство юстиции и органы прокуратуры.