Родился 26 октября 1894 года в селе Карсун, ныне посёлок городского типа Ульяновской области, в семье служащего. Русский. Член ВКП(б)/КПСС с 1932 года.
Участвовал в Первой мировой войне. В 1917 году окончил школу прапорщиков.
В РККА с 1918 года. Во время Гражданской войны командовал подразделениями. С 1919-го по 1940 годы последовательно командовал стрелковым батальоном, полком, дивизией. В 1926 году окончил курсы «Выстрел». Работал в оперативных штабах, преподавал в Военной академии имени М. В. Фрунзе.
Участник советско-финской войны. Постановлением Совета Народных Комиссаров Союза ССР от 4 июня 1940 года Гусеву Д. Н. присвоено воинское звание «генерал-майор».
С июля 1940 года генерал-майор Гусев Д. Н. — заместитель начальника штаба Прибалтийского военного округа.
С начала Великой Отечественной войны — начальник штаба 48-й армии, а с октября 1941 года до 28 апреля 1944 года — начальник штаба Ленинградского фронта. Участник героической обороны Ленинграда, прорыва блокады и разгрома немецко-фашистских войск под Ленинградом.
28 апреля 1944 года генерал-лейтенанту Гусеву Д. Н. присвоено воинское звание «генерал-полковник».
С 28 апреля 1944 до конца войны генерал-полковник Гусев Д. Н. — командующий 21-й армией. Под его командованием войска вверенной ему армии прорвали мощную оборону противника на Карельском перешейке в ходе Выборгской операции 1944 года, успешно действовали в Висло-Одерской, Берлинской и Пражской операциях.
За умелое командование армией и проявленные при этом мужество и героизм Указом Президиума Верховного Совета СССР от 6 апреля 1945 года генерал-полковнику Гусеву Дмитрию Николаевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 6092).
После войны с 1946-го по 1949 годы командовал войсками Ленинградского военного округа. В 1950 году он окончил Высшие академические курсы при Военной академии Генерального штаба. После чего, до 1951 года командовал войсками Восточно-Сибирского и с 1951-го по 1953 годы — войсками Забайкальского военных округов. С сентября 1955 года генерал-полковник Гусев — в отставке. Избирался депутатом Верховного Совета СССР 2-го созыва. Скончался 25 августа 1957 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Награждён четырьмя орденами Ленина (22.06.44; 21.02.45; 06.04.45; 17.12.54), тремя орденами Красного Знамени (10.02.43; 03.11.44; 20.06.49), орденами Суворова 1-й степени (№ 138 от 21.02.44), Кутузова 1-й степени (№ 45 от 19.05.43), Красной Звезды (16.08.36), медалями, иностранными орденами и медалями.