Năm 1945, ông tham gia cướp chính quyền ở huyện Kim Thành, Bí thư thanh niên Cứu quốc xã Tường Vụ, Uỷ viên chấp hành huyện đoàn thanh niên phụ trách 01 Tiểu khu của huyện; Năm 1946, ông làm Bí thư Việt Minh xã, cán bộ Việt Minh huyện, Bí thư Chi bộ xã Cộng Hoà, cán bộ Huyện uỷ Kim Thành; Năm 1947 - 1948 làm cán bộ huyện uỷ, tháng 11/1947 huyện uỷ viên phụ trách 8 xã dọc đường 5; Năm 1949 - tháng 6/1950, là Uỷ viên Thường vụ Huyện uỷ phụ trách tổ chức kiểm tra, tháng 5/1949 được phân công phụ trách dân vận làm Chủ nhiệm Việt Minh huyện; Năm 1950, làm Bí thư Quận uỷ Ngô Quyền kiêm Chủ tịch Uỷ ban kháng chiến quận; 

Nguyên Phó Thủ tướng Đoàn Duy Thành (áo trắng) lúc sinh thời

Từ tháng 9/1951 -11/1953, ông bị bắt, bị tù ở Đoạn Xá, TP.Hải Phòng, đầy đi nhà tù Côn Đảo. Trong thời gian này, ông vẫn tích cực hoạt động và là cấp uỷ đảng trong các nhà tù; Từ tháng 11/1953, sau khi ra tù, Thành uỷ Hải Phòng cho ông đi chỉnh huấn, tiếp tục sinh hoạt đảng, cán bộ nghiên cứu ở Văn phòng Thành uỷ, Bí thư Chi bộ Văn phòng Thành uỷl Từ tháng 02/1958 - tháng 4/1958, ông làm Phó Chủ nhiệm Công ty bách hoá Hải Phòng, quyền Chủ nhiệm, Chủ nhiệm Công ty bách hoá bán buôn, Chủ nhiệm Công ty vải sợi may mặc, Bí thư Đảng uỷ Công ty 3 khoá; Từ tháng 12/1961, ông làm Phó Chủ nhiệm Ban Liên hiệp xã Thủ công nghiệp, Phó Giám đốc Sở Công nghiệp và Thủ công nghiệp; Tháng 7/1964, làm quyền Giám đốc và Giám đốc Sở Thủ công nghiệp, Bí thư Đảng uỷ Sở; 

Năm 1968, ông làm Thành uỷ viên, Trưởng Ban Tài chính Thương nghiệp của Thành uỷ; Năm 1971, làm Thành uỷ viên, Trưởng Ban Công nghiệp kiêm Trưởng Ban Khoa học kỹ thuật; Năm 1974, làm Thành uỷ viên, Giám đốc Sở Thương nghiệp, Bí thư Đảng uỷ các cơ sở Nội thương; Năm 1976, làm Uỷ viên Thường vụ Thành uỷ, Phó Chủ tịch UBND TP.Hải Phòng; Năm 1979, ông làm Phó Bí thư Thành uỷ, Chủ tịch UBND TP.Hải Phòng; Tháng 02/1982 tại Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ V, ông được bầu là Uỷ viên dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng; Tháng 5/1982 Đồng chí được bầu là Uỷ viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng, Bí thư Thành uỷ Hải Phòng; 

Từ tháng 7/1986 - 2/1987, ông là Uỷ viên Trung ương Đảng, đại biểu Quốc hội khoá VII, Bộ trưởng Bộ Ngoại thương; Từ tháng 02/1987 - 5/1988, là Uỷ viên Trung ương Đảng, đại biểu Quốc hội, Phó Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng kiêm Bộ trưởng Bộ Ngoại thương; Tháng 5/1988 - 3/1990, ông thôi giữ chức Phó Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng, làm Bộ trưởng Bộ Kinh tế Đối ngoại, đại biểu Quốc hội khoá VIII; Tháng 4/1990 - năm 1993, ông làm Viện trưởng Viện nghiên cứu Quản lý Kinh tế Trung ương; Từ 1993 – 2002, ông làm Chủ tịch Phòng Thương mại và Công nghiệp Việt Nam (VCCI); Năm 2003, ông được Đảng, Nhà nước quyết định nghỉ hưu theo chế độ.

Ông Đoàn Duy Thành là Uỷ viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng các khoá V, VI; Đại biểu Quốc hội các khoá VII, VIII; Do có nhiều công lao và thành tích xuất sắc đối với sự nghiệp cách mạng của Đảng, của dân tộc, ông đã được Đảng, Nhà nước tặng thưởng Huân chương Độc lập hạng Nhất, Huy hiệu 80 năm tuổi Đảng và nhiều huân, huy chương, phần thưởng cao quý khác.