Пока же военное руководство страны, обратив внимание на грамотного, думающего командира корпуса, выдвинуло комдива Козлова на должность заместителя командующего войсками Одесского военного округа. Произошло это 22 апреля 1940 г., через неделю последовало повышение в воинском звании до комкора, а с введением в РККА генеральских званий Козлов был переаттестован в генерал-лейтенанты.
Высокое назначение Дмитрия Тимофеевича совпало с крупными переменами в руководстве военного ведомства за счет повышения военачальников, отличившихся в войне с Финляндией: на пост наркома обороны СССР пришел ставший Маршалом Советского Союза С. К. Тимошенко, а чуть позднее начальником Генштаба стал генерал армии К. А. Мерецков, в ходе войны командовавший 7-й армией, которая сыграла главную роль в успешном прорыве линии Маннергейма на Карельском перешейке.
С приходом нового наркома интенсивно пошел процесс обновления руководящего состава НКО. 18 декабря 1940 г. Козлов был назначен на должность начальника Главного управления ПВО Красной армии. Совершенно неожиданное и в какой-то степени не очень мотивированное решение, учитывая, что Козлов всю предшествующую службу был общевойсковым командиром. Вряд ли и сам Дмитрий Тимофеевич был рад зигзагу в служебной карьере. Но такую судьбу не ему одному уготовила лихорадочная попытка сталинского руководства заполнить кадровые лакуны, возникшие вследствие репрессий, пик которых пришелся в вооруженных силах на 1937–1938 гг.
Всего через десять дней после назначения Козлов был вынужден выступать на состоявшемся совещании высшего руководящего состава Красной армии (23–31 декабря 1940 г.) с изложением взглядов на роль и место ВВС и ПВО в войне. Ему предоставили слово в прениях по докладу начальника Главного управления ВВС генерал-лейтенанта П. В. Рычагова. Обращает на себя внимание, что выступление Козлова на четыре пятых посвящено как раз действиям авиации, он высказывается по вопросам организации воздушных операций армейского и фронтового масштаба и даже пытается полемизировать с Рычаговым. А вот ставшим профильными для него вопросам ПВО он уделил, как ни покажется странным, всего один абзац, полстранички.
По всему чувствовалось, что военачальник еще слабо представлял себе специфику рода войск, руководство которыми ему было поручено. Даже в терминологии он не успел разобраться. Давно утвердившееся и общепринятое понятие «противовоздушная оборона», обозначавшее защиту страны в целом и вооруженных сил в частности от нападений с воздуха, Козлов предложил заменить явно устаревшим, использовавшимся еще в годы Первой мировой и Гражданской войн термином «воздушная оборона»: «Современная воздушная оборона (я бы так назвал, потому что нам надо обороняться в воздухе, а не наоборот) [? —