Стремясь к творческой работе, Томашевич в 1931 г. добился перевода в ЦКБ, стал работать в отделе общих видов и впервые повстречался с Николаем Николаевичем Поликарповым.
«Он относился кнам-вольнонаёмным молодым инженерам, – как равный. Не гордился своей квалификацией. С другой стороны, и не лебезил перед нами- вольнонаёмными -как заключённый. Всё это невольно вызывало уважение к нему и желание работать с ним»,-вспоминал Дмитрий Людвигович.
В середине июля 1931 г. из заключения освободили Поликарпова и других инженеров.
В августе 1931 г. к ЦКБ присоединили и конструкторские коллективы ЦАГИ. Образовалось единственное в стране авиационное конструкторское бюро – громоздкая и плохо управляемая организация. Его начальником назначили С.В.Ильюшина.
Томашевича как специалиста, имеющего опыт в проектировании и организации серийного выпуска водяных радиаторов, направили в отдел силовых установок.
Внутренние склоки и противоречия раздирали коллектив ЦКБ. Напряженные отношения в руководстве ЦКБ и ЦАГИ не способствовали успешному завершению работ. Наконец, 13 января 1933 г. заместитель наркома тяжелой промышленности СССР и начальник Главного управления авиационной промышленности (ГУАП) П.И.Баранов издает приказ о формировании на заводе № 39 им. В.Р.Менжинского нового ЦКБ «для организации замкнутого цикла проектирования и производства легких самолетов».
Дмитрий Людвигович вспоминал: «Перед переездом Николай Николаевич подошел ко мне и предложил работать с ним. Я согласился, не оговаривая никаких условий».
Группа из 13 конструкторов во главе с Поликарповым 8 февраля 1933 г. появилась в ЦКБ. Очень быстро расставили столы и 9 февраля приступили к работе. С 13 февраля началось официальное зачисление сотрудников в штат организации. Дмитрий Людвигович Томашевич был назначен начальником группы крыла.
Начальник ЦКБ С.В.Ильюшин разделил коллектив на шесть бригад. Бригадой № 1, где проектировали штурмовики и самолеты-разведчики, руководил С.А.Кочеригин.
Бригаду № 2 возглавил Н.Н.Поликарпов, и основным направлением ее деятельности стали истребители.
Бригада № 3 первоначально занималась разработкой экспериментальных конструкций. Ее работой руководил В.А.Чижевский. Через некоторое время группу Чижевского перевели на Смоленский авиазавод, а реформированная бригада под руководством Ильюшина занялась дальними бомбардировщиками.
Бригада № 4 во главе с Я.И.Мальцевым проектировала вооружение. Бригада № 5 создавала морские самолеты под руководством Г.М.Бериева. Бригада № 6, возглавляемая П.М.Крейсоном, занималась статическими испытаниями.
