Находясь в Голландии, Д.А. Голицын перевел на русский язык книгу Гельвеция «О человеке, его умственных способностях и воспитании», издал ее в 1773 году за свой счет в Гааге, посвятив Екатерине II. В том же году он редактировал книгу профессора Кералио «История войны России с Турцией», в частности материалы, посвященные кампании 1769 года. Эта работа вышла в Санкт-Петербурге на французском языке в одном томе с родословной князей Голицыных.
В Гааге Д.А. Голицын представлял интересы России во время войны североамериканских колоний за независимость. Симпатии князя с самого начала конфликта были на стороне американских колоний, что, впрочем, тогда в целом совпадало с позицией российского двора. Голицын был лично знаком с Джоном Адамсом, который в донесении из Гааги 4 сентября 1782 года писал о нем: «Это порядочный и правдивый человек. Он очень сдержан и ведет себя крайне осмотрительно».
Голицын стал одним из авторов «Декларации о вооруженном нейтралитете». В письме Н.И. Панину от 18 февраля 1780 года он подробно обосновывал необходимость подписания союзного договора с Голландией, Данией и Швецией по вопросам защиты торговли и мореплавания при сохранении нейтралитета по отношению к воюющим сторонам. Видимо, своим письмом он убедил Екатерину II в необходимости подписания Декларации и заверил в союзническом расположении Голландии. Подтверждением этому служит тот факт, что письмо Голицына было зарегистрировано в канцелярии Коллегии иностранных дел 26 февраля, а 27-го Екатерина II подписала «Декларацию о вооруженном нейтралитете».
В конце 1782 года Д.А. Голицын был отозван из Голландии с присвоением ему ордена Св. Анны 1-й степени и назначением посланником в Турин, столицу Сардинского королевства, что было расценено им как почетная ссылка. Одной из причин подобной немилости явилась, по-видимому, слишком независимая позиция российского дипломата, а также его чересчур тесное знакомство с американскими лидерами, да еще и в обход российского двора. Косвенным доказательством этому служит письмо А.А. Безбородко к И.А. Остерману, где он указывал на необходимость поставить Голицына в известность, что не следует принимать от американцев подарков и писем. В 1783 году Д.А. Голицын счел за лучшее выйти в отставку и полностью посвятить себя науке.