Năm 1980, sau khi tốt nghiệp trường Đại học Cảnh sát nhân dân, đồng chí Đỗ Kim Tuyến được giao nhiệm vụ làm trinh sát địa bàn, Phòng Cảnh sát hình sự Công an thành phố Hà Nội. Công việc và địa bàn đều mới lạ, đồng chí Đỗ Kim Tuyến đã biết dựa vào nhân dân và tập thể, làm việc tận tụy, không quản ngại khó khăn, hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ, nêu tấm gương sáng trong chiến đấu, công tác, rèn luyện, được lãnh đạo giao cho nhiều trọng trách khác nhau: Đội trưởng, Phó Trưởng phòng rồi Trưởng phòng Cảnh sát hình sự, sau đó là Phó Giám đốc Công an thành phố Hà Nội và hiện nay là Phó Tổng cục trưởng Tổng cục Cảnh sát.

Vào những năm 80, 90 của thế kỷ trước, Hà Nội nổi lên nhiều băng nhóm tội phạm nguy hiểm. Có những vụ án kinh điển đã đi vào lịch sử Công an Hà Nội mà nếu không có ý chí, quyết tâm và cả sự hy sinh của những người lính hình sự thì không thể phá án thành công. Đó là những ngày tháng chiến đấu quên mình, không phải vì thành tích, không vì những hào quang của chiến thắng.

Năm 1986, Hà Nội xảy ra một vụ bắn người trên phố, vụ án gây hoang mang sợ hãi cho người dân Hà Nội vốn đang rất bình yên lúc bấy giờ: Một cán bộ thư ký công đoàn của Sở Điện lực Hà Nội tên là Lê Công Nhân bị bọn tội phạm dùng súng ngắn bắn chết ngay ở phố Hàng Thùng, cướp đi một xe máy đắt tiền. Chỉ sau ba ngày, Đỗ Kim Tuyến đã cùng đồng đội xác minh được hai đối tượng gây án là Phùng Tiến Trung và Nguyễn Văn Hùng. Ngay sau đó, đồng chí đã anh em xuống Hải Phòng vây bắt đối tượng. Sau hai ngày, được quần chúng báo tin, phát hiện dấu vết của tên Trung và Hùng, Đỗ Kim Tuyến và 6 anh em trinh sát cùng với sự phối hợp của Công an Hải Phòng đã triển khai vây bắt trên cầu An Dương. Một tình huống bất ngờ xảy ra là khi biết bị bao vây, hai tên Trung và Hùng đã sử dụng súng bắn vào lực lượng Công an nhằm tẩu thoát. Một trận chiến diễn ra ngay trong lòng thành phố. Do đây là địa bàn đông dân, dễ xảy ra thương vong cho nhân dân và đồng đội, đồng chí Tuyến quyết định tiêu diệt một tên và bắt sống một tên.

Trong cuộc đời trinh sát, Đỗ Kim Tuyến đã trực tiếp tham gia hàng chục trận chiến đấu với tội phạm hung hãn, sử dụng súng bắn lại lực lượng Công an. Những lần đó, nguy cơ tử vong lúc nào cũng đe dọa. Vụ cướp tiệm vàng ở phố Hàng Đậu cũng là một kỷ niệm đáng nhớ trong cuộc đời làm án của mình. Lúc đó, đồng chí Đỗ Kim Tuyến đang giữ cương vị Phó Giám đốc Công an thành phố Hà Nội. Một tên cướp mang theo 2 quả lựu đạn, một khẩu súng ngắn cướp tiệm vàng ở phố Hàng Đậu. Khi bị phát giác, hắn đã gí súng vào đầu vợ chủ tiệm vàng, uy hiếp cả nhà và yêu cầu một xe ô tô để tẩu thoát. Lần đó, anh đã trực tiếp đến hiện trường chỉ đạo anh em, tính toán những phương án tối ưu. Cuối cùng, anh đã cho các trinh sát khôn khéo tách nạn nhân ra, dùng lựu đạn cay hạ gục đối tượng tại chỗ.

Một vụ án khác cũng để lại nhiều ấn tượng sâu sắc đối với Đỗ Kim Tuyến. Đó là những năm 1986, 1987, có một băng cướp do tên Nguyễn Văn Nghĩa cầm đầu. Chúng dùng súng gây ra hơn 10 vụ cướp xe máy dọc tuyến địa bàn từ Vĩnh Phúc về Hà Nội. Khi bị truy đuổi, tên Nghĩa còn vác cả súng đến Công an xã đe dọa, thậm chí bắn bị thương đồng chí Trưởng Công an xã. Trước tình hình đó, Bộ Công an thành lập một Ban chỉ đạo điều tra vụ án và ra lệnh, bằng mọi cách phải ngăn chặn được tội ác của băng cướp do tên Nghĩa cầm đầu. Tổ công tác do đồng chí Đình Thanh, Trưởng phòng và Đỗ Kim Tuyến là Phó trưởng Phòng Cảnh sát hình sự chỉ huy đi tuần. Đến khu vực cầu Đuống, tổ công tác phát hiện một đối tượng đi xe máy, có biểu hiện nghi vấn. Vì đối tượng không xuất trình được giấy tờ tùy thân nên tổ công tác đã đưa hắn lên xe ô tô, còn anh Tuyến đi xe máy của đối tượng cùng ngược lại phía Đông Anh. Bỗng nhiên, anh phát hiện một đám đông xúm xít. Thấy anh, một số người dân vác gậy đập vào đầu anh làm nát cả chiếc mũ cối anh đội trên đầu. Tuy bị đau và thoát chết trong gang tấc, nhưng anh phán đoán rất nhanh: Người dân nghĩ anh là thủ phạm trộm chiếc xe máy. Từ manh mối đó, anh đã cùng đồng đội lần ra đầu mối của tên tội phạm nguy hiểm Nguyễn Văn Nghĩa và trực tiếp hạ gục hắn ngay tại điểm hẹn của chúng.

Không chỉ kiên quyết tấn công tội phạm, bằng thực tế cuộc sống trong sạch, liêm khiết của mình, đồng chí Đỗ Kim Tuyến đã giáo dục cảm hoá nhiều đối tượng hình sự trở thành người có ích cho gia đình và xã hội; xây dựng mạng lưới cộng tác viên, qua các năm đã cung cấp hàng nghìn tin có giá trị. Ngoài ra, đồng chí Đỗ Kim Tuyến đã không ngại vất vả, say mê tìm tòi đúc rút kinh nghiệm thực tiễn chiến đấu, công tác phòng,  chống tội phạm, đề xuất với Giám đốc Công an Thành phố chỉ đạo phát động phong trào quần chúng bảo vệ an ninh Tổ quốc và các lực lượng cảnh sát điều tra phòng ngừa tội phạm cướp giật; giải quyết mâu thuẫn trong nội bộ nhân dân... có hiệu quả.

Đồng chí Tuyến cũng luôn giữ vững lập trường quan điểm, không ngừng học tập, trau dồi đạo đức, thực hiện nghiêm túc sáu điều dạy của Bác. Liên tục trong 7 năm liền anh được bầu là Chiến sĩ thi đua, 2 năm (1986-1988) đạt danh hiệu Chiến sĩ Quyết thắng; đã được tặng nhiều Bằng khen của Bộ Nội Vụ, Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội...

Với những thành tích nổi bật đó, ngày 17/8/1990, khi mới 32 tuổi, đồng chí Đỗ Kim Tuyến được Nhà nước phong tặng danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân. Lần đầu tiên ở Hà Nội có một Anh hùng công tác trên mặt trận phòng, chống tội phạm trẻ về tuổi đời như vậy. Đây một dấu mốc ghi nhận sự cống hiến không mệt mỏi của người Anh hùng trẻ tuổi này.

Cả cuộc đời gắn liền với cuộc đấu tranh trên một trận tuyến khốc liệt mà ai cũng hiểu, rất nhiều máu đã đổ xuống ngay cả trong thời bình - trận tuyến giữ gìn sự bình yên cho mọi người, đồng chí Đỗ Kim Tuyến nhiều đêm ngủ không ngon giấc, bởi những trăn trở ám ảnh trước sự gia tăng và càng ngày càng man rợ của bọn tội phạm. Từ khi còn là một người lính đến Đội trưởng, rồi Trưởng phòng Cảnh sát hình sự, Phó Giám đốc Công an thành phố Hà Nội và nay là Phó Tổng Cục trưởng, đó là một chặng đường dài hơn 30 năm, không lúc nào ngơi nghỉ, không lúc nào mỏi mệt. Ở cương vị nào, khi là lính, và giờ là tướng, thì đồng chí Trung tướng Đỗ Kim Tuyến cũng tâm nguyện một điều, "Lấy bình an của người dân đặt lên trên những hạnh phúc riêng tư của mình".