В 1921 году в поисках работы Быстролетов вновь нелегально выехал в Турцию и оказался в эмиграции. В Константинополе он с отличием окончил колледж для европейцев-христиан.
Вскоре Дмитрий переехал в Чехословакию и поступил на юридический факультет Украинского университета в Праге. Одновременно для того, чтобы зарабатывать себе на жизнь, трудился грузчиком, плотником и даже гробовщиком. Все годы жизни в эмиграции его не покидала мысль о возвращении на Родину. В Украинском университете в Праге был создан «Союз студентов — граждан РСФСР», активным членом которого с 1923 года стал Дмитрий Быстролетов. Он выполнял обязанности секретаря «Союза студентов», получил советское гражданство.
На активного студента обратила внимание советская разведка, и вскоре резидент ИНО ОГПУ в Праге Николай Григорьевич Самсонов стал давать Быстролетову отдельные поручения в области технической и экономической разведки, которые тот успешно выполнял. В апреле 1925 года в Москве состоялся 1-й Всесоюзный съезд пролетарского студенчества. Полпредство СССР в Праге командировало Быстролетова на съезд в качестве делегата — представителя зарубежного студенчества. Перед отъездом Дмитрия предупредили, что в Москве с ним будут говорить «очень важные лица». И действительно, такая беседа состоялась. С Быстролетовым встретились начальник Контрразведывательного отдела ОГПУ Артур Артузов и помощник начальника Иностранного отдела ОГПУ Михаил Горб, курировавший работу зарубежной агентуры. Впрочем, своих должностей они студенту не назвали. Убедившись, что молодой человек действительно располагает необходимыми положительными личными и деловыми качествами, представители ОГПУ сделали ему официальное предложение работать на советскую разведку.
В Прагу Быстролетов вернулся уже сотрудником Иностранного отдела. Он был принят на работу в советское торгпредство в качестве регистратора, затем стал экономистом информационного отдела. Работа в торгпредстве являлась легальным прикрытием его основной, разведывательной деятельности.
В своей автобиографии Дмитрий Александрович позже отмечал:
«С начала 1925 года я стал работать под руководством резидента в Праге, выполняя различные нелегальные задания. В апреле 1925 года моя работа в ОГПУ была оформлена: мне назначили месячный оклад, перевели на оперативное разведывательное направление, а для легализации устроили в торгпредство.
Я занимался сначала экономической разведкой, а затем, усвоив соответствующие приемы и технику, перешел к вербовке агентуры в посольствах, к получению диппереписки, к нахождению источников в МИД и к военно-технической разведке».
