入仕后累官至迁膳部员外郎。被李德裕排挤，而后复为用。入朝，官至中书舍人。所作《感怀诗》、《过华清宫绝句》、《赤壁》、《江南春》、《泊秦淮》、《山行》等，意义深婉，风格飘逸。藏书亦多，祖父杜佑，德宗时曾为宰相，撰《通典》200卷。杜牧继承杜氏家族遗书，为此撰诗文记述称：“旧第开朱门，长安城中央。第中无一物，万卷书满堂”。他自己亦阅遍所藏诗书，自称：“经书括根本，史书阅兴亡。高摘屈宋艳，浓薰班马香。李杜泛浩浩，韩柳摩苍苍。” 生平所作诗文颇多，去世后，由外甥裴延翰编辑为《樊川文集》20卷，收文450篇。