С 1897 г. участвовал в командировках для изучения тропических болезней (чумы и холеры) в Индию, Аравию, Китай, Персию. Работал год в Институте Пастера в Париже. С 1899 г. читал курс бактериологии слушательницам Женского медицинского института и состоял в качестве специалиста-бактериолога в Институте экспериментальной медицины.
В 1898 году Заболотный организовал в Петербургском женском медицинском институте первую в России кафедру бактериологии, в 1920−м — первую кафедру эпидемиологии СССР в Одесском институте, в 1928 году основал Киевский институт микробиологии и эпидемиологии. Руководил Санитарно-эпидемиологической комиссией Главного военно-санитарного управления Красной Армии, был членом Учёного медицинского совета Наркомздрава, организатором курсов военных и гражданских врачей-эпидсмиологов.
Даниил Кириллович исследовал проблему иммунизации человека против холеры, разрабатывал меры по предотвращению заболеваний чумой. Изучал санитарное состояние полей орошения, установив самостерилизацию почвы в результате антагонизма микробов, и выполнил экспериментальную работу по заражению и иммунизации сусликов холерным вибрионом через кишечник. В 1893 совместно с И. Г. Савченко продолжил изучение холерного вибриона, иммунизируя себя приемом убитых разводок холерного вибриона с последующей проверкой принятием живых культур. Благодаря этим опытам впервые была доказана возможность холерного бациллоносительства здоровыми людьми, и они явились основой для изучения проблемы противохолерной иммунизации энтеральным путем. В 1897 участвовал в русской экспедиции по изучению чумы в Индии, а затем в Аравии. Экспериментальными работами на обезьянах Заболотный доказал идентичность этиологии бубонной и легочной чумы, а также лечебный эффект противочумной сыворотки. В 1898 совершил экспедицию караванным путем через пустыню Гоби и Китай в Восточную Монголию для исследования очага эпидемии чумы в Вэйчане. В 1910—11 гг. руководил экспедицией по изучению легочной чумы в Манчжурии и установил причину эндемичности чумы в Манчжурии и Восточной Монголии. В результате всех этих работ были выяснены пути распространения чумы, способы заражения, доказана роль диких грызунов в распространении чумы среди людей, выработаны методы вакцинации; открыт ряд противочумных лабораторий.
Важнейшие работы: «О фосфоресценции живых организмов» («Записки Новороссийского Общества Естествоиспытателей», т. XVII); «Исследования по холере» («Centralblatt für Bact.», т. XV, 1894; «Deutsche Med. Woch.», 1893); «Исследования по чуме» («Архив Патологии Подвысоцкого», т. III; «Annales Pasteur», 1900); «Иммунитет при заразных болезнях» («Centralbl. für Bact.», т. XV, 1894 и «Архив Патологии Подвысоцкого», т. Ш); «Агглютинация при тифе» («Архив Патологии Подвысоцкого», т. III); «О внутриклеточных ферментах лейкоцитов» (ib., 1903).