В сентябре влияние большевиков усилилось, и Дмитрий попросил Дзевановского похлопотать о переводе в Севастополь, в октябре он вернулся в Севастополь и вновь встретился со своей женой, Александрой Федоровной. После революции в октябре 1917 г. в Петрограде Дмитрий Ильич участвовал в установлении советской власти в Крыму. «В сражениях под Бахчисараем и дальше к Симферополю, - писал Дмитрий родственникам, - я работал в качестве врача и перевязывал раненых». В начале 1918 г. он вошел в состав губкома партии и редколлегии его газеты «Таврическая правда». В марте 1918 г. Таврический ЦИК принял постановление об образовании Советской Социалистической Республики Тавриды, Дмитрий Ильич возглавил в правительстве Советской Тавриды наркомат здравоохранения. Новые обязанности заставили его переехать в Симферополь – столицу республики, его жена Александра осталась в Севастополе.
22 апреля 1918 г. немецко-австрийские войска заняли Симферополь, первое правительство Тавриды было расстреляно, Дмитрию Ильичу удалось бежать в сопровождении опытного проводника. Укрылся Дмитрий Ильич в Евпатории, где он был известен только узкому кругу людей, как санитарный врач Феодосийского уезда. Под кличкой товарищ Андрей, он работал в евпаторийской городской больнице, одновременно помогал и лечил партизан, скрывавшихся в Мамайских каменоломнях.
В ноябре 1918 г. кайзеровские войска покинули Крым, но на полуостров сразу высадились войска англичан, а из Кубани - белогвардейские войска . 7 апреля 1919 г. Красная Армия вошла в Симферополь и большевики вновь взяли власть в свои руки.. Дмитрию Ильичу одновременно с традиционным для него постом наркома здравоохранения предложили возглавить Крымскую Советскую Социалистическую Республику. Он согласился лишь на должность временно исполняющего обязанности главы правительства, а в одном из своих писем родным написал: «Я должен был остаться в Симферополе наркомом здравоохранения. Вследствие болезни Гавена, приковавшей его к постели, его нельзя было избрать председателем, хотя он наиболее подходил бы к этому… Временно, за неимением лучшего, посадили меня — в ожидании сильного кандидата с севера от вас». Дмитрий, будучи председателем Совнаркома республики, решил пригласить старшего брата полечиться в Крыму после покушения и написал письмо сестре Марии: «...передай Володе, что в Евпатории...у самого берега моря я присмотрю ему помещение, чтобы он хоть 2-3 недели мог отдохнуть, покупаться и окрепнуть. Там есть все приборы для...терапии и можно полечить ему руку. Тем более что он никогда не видел нашего Черного моря». Но катастрофическая ситуация на фронтах не позволила Ленину покинуть Москву. Дмитрий Ильич пытался найти свою жену Александру, которая, скрываясь от кайзеровских войск, ушла из Севастополя в неизвестном направлении. Он телеграфировал в ревком в Севастополе, но получил неутешительный ответ: «Карпова по указанному адресу не проживает».
15 июня 1919 г. на страницах симферопольской газеты «Известия» за подписью председателя Совнаркома Д.И. Ульянова было помещено «Положение о выборах делегатов на съезд». Все считали, что большевики в Крым пришли навсегда, и следовало налаживать мирную жизнь. Но 18 июня 1919 г. из Феодосии поступило сообщение: «В районе Коктебеля высажен белогвардейский десант с кораблей Антанты». Железная дорога Симферополь - Лозовая – Харьков была перекрыта, деникинцы вышли к Днепру. Крымский обком эвакуировался в Одессу, а Совнарком – в Киев. Из Киева Дмитрий Ильич отправился в Москву, где встретился с сестрой и братом 8 июля. В Москве Дмитрий Ильич гостил недолго. В августе он снова находился в действующей армии на Южном фронте, там шли ожесточенные бои на Каховском плацдарме. Вместе с Красной армией Дмитрий Ильич вошел в Крым. 16 ноября 1920 г. со станции Джанкой командующий Южным фронтом Михаил Васильевич Фрунзе телеграфировал в Москву: «Сегодня нашей конницей взята Керчь. Южный фронт ликвидирован».
Дмитрий Ильич вновь назначен на пост заместителя председателя Совнаркома Крымской Республики и одновременно на пост наркома здравоохранения. 24 декабря 1920 г. на имя Дмитрия Ильича пришла телеграмма из Москвы - Декрет Совета Народных Комиссаров «Об использовании Крыма для лечения трудящихся». Д. Ульянов был назначен особоуполномоченным по организации курортов в Крыму.
Под руководством наркома здравоохранения курортное строительство делало первые шаги. Национализация дворцов, вилл, поместий, их приспособление под санатории, сбережение ценного (стоимостью в десятки миллионов рублей) имущества от расхищения и порчи, выработка правил отбора больных на курортное лечение, организация отборочных комиссий – всем этим занимался Дмитрий Ульянов на посту руководителя ЦУКК - Центрального управления курортами Крыма. В начале 1921 г. Дмитрий Ильич выехал в Москву с докладом «О снабжении курортов Крыма», было принято решение передать в Крым медицинское оборудование и медикаменты из военного ведомства. В феврале 1921 г. Д. И. Ульянов вернулся в Симферополь с двумя эшелонами медицинских средств, нужных для лечения больных, в первую очередь раненных.
Дмитрию Ильичу удалось отыскать свою супругу. В середине октября 1921 г. Мария Ильинична сообщила, что здоровье Владимира Ильича резко ухудшилось. Дмитрий Ильич попросил наркомздрава Семашко предоставить ему возможность быть рядом с братом. Николай Александрович ответил телеграммой: «Не возражаю». В ноябре 1921 г. Дмитрий с женой приехал в Москву, а 4 марта 1922 у них родилась дочь Ольга. 6 марта 1922 года Владимир Ильич написал записку секретарю ВЦИК Енукидзе с просьбой о выдаче дров Анне Ильиничне Ульяновой-Елизаровой, так как «в семье ее брата Дмитрия Ильича Ульянова, который живет вместе с ней, появился маленький ребенок». С конца 1921 года Дмитрий Ильич стал работать в Москве в Наркомздраве.
Крымский период жизни Дмитрия Ильича (1911-1921) увековечен памятником в Симферополе и четырьмя мемориальными досками – две в Феодосии и по одной в Евпатории и Севастополе. В каждом из названных городов есть улица Дмитрия Ульянова.
Из опубликованных документов следует, что Фанни Каплан находилась в Евпатории в первый раз с мая по июль 1917 г. и второй раз – с августа по октябрь того же года. Дмитрий Ильич в мае 1917 г. был в Севастополе, затем с июня - в Одессе и перед революцией в октябре вновь вернулся в Севастополь. В это время продолжалась война, и как призванный в армию офицер, Дмитрий Ильич подчинялся установленным правилам военного времени. Перемещался он только с разрешения начальства, и допустить какое-либо самовольное изменение пункта своего назначения (вместо Одессы поехать в Евпаторию) физически допустить не мог. В Евпатории Дмитрий Ильич скрывался от кайзеровской военщины, а затем от белогвардейской контрразведки с конца апреля 1918 года и работал в госпитале (а не в санатории для каторжан) до 7 апреля 1919 г. Пути Фанни и Дмитрия не пересекались, и они друг друга не видели. Романтическая история их любви, представленная как исторический факт, на самом деле является откровенным вымыслом ее авторов, в котором был идеализирован образ Фанни и в негативном свете распутника и пьяницы представлен Дмитрий: «Доктор был известен как дамский угодник, ходок и он не мог пропустить мимо такую видную барышню. Фани». А в силу того, что «Гражданская война разлучила их надолго, и только после прихода Красной Армией в Крым Дмитрию Ильичу удалось отыскать свою супругу в конце 21-го» Дмитрий, как считают авторы версии, чувствовал себя свободным мужчиной, и поэтому легко шел на контакт с поступившими на лечение женщинами. Фраза «Гражданская война разлучила их надолго» на самом деле правильная, только она относится к 1918-1921гг, а в истории речь идет о событиях мая-июля 1917г. Александра Федоровна ждала мужа в Севастополе, и Дмитрий Ильич ее в это время не терял. К женщинам Дмитрий относился так же, как большинство интеллигентов того времени. Он не был распутником, не гонялся за каждой юбкой, но серьезных увлечений не избегал, они считались по тем временам, (А.Чехов в «Даме с собачкой» передал это настроение в обществе) допустимыми. В зародившихся случайных связях предлагалось погрузиться и предаться тем чувствам, которые они приносили (физиологию общество ставило на второй план).
