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杜牧在家族中排行十三，因此根據唐人的習慣，被稱為“杜十三”。杜牧政治才華出眾，杜牧十幾歲的時候，正值唐憲宗討伐藩鎮，振作國事。他在讀書之餘，關心軍事，後來杜牧專門研究過孫子，寫過十三篇《孫子》注解，也寫過許多策論谘文。特別是有一次獻計平虜，被宰相李德裕采用，大獲成功。
長慶二年（822年），杜牧20歲時，博通經史，尤其專注於治亂與軍事。杜牧23歲作出《阿房宮賦》。25歲時，杜牧又寫下了長篇五言古詩《感懷詩》，表達他對藩鎮問題的見解。此時的杜牧已經很有名氣，作品流傳。
大和二年（828年），杜牧26歲，進士及第。同年考中賢良方正直言極諫科，被授弘文館校書郎、試左武衛兵曹參軍。[1][2]
大和七年（833年），杜牧被淮南節度使牛僧孺授予推官一職，後轉為掌書記，負責節度使府的公文往來。京銜是監察禦史裏行。這時杜牧居住在揚州，特別喜歡宴遊。
大和九年（835年），杜牧三十三歲，被朝廷征為監察禦史，赴長安任職，分司東都。八月在東都洛陽上任。因此逃過了十一月的甘露之變的險惡風波。在這裏他遇到了宣州市的故人張好好，寫下了著名的《張好好詩》。在洛陽期間，由於職務清閑，他四處憑吊古跡，寫下了不少詩篇。
開成二年（838年），杜牧入宣徽觀察使崔鄲的幕下，被召為宣州團練判官。
開成四年（839年），年底杜牧離開宣州，去長安任左補闕、史館修撰。開成五年，杜牧升官為膳部員外郎。
杜牧在黃州刺史任上三年，把黃州治理得井井有條，也是唐代繼韓愈之後的又一尊孔大家。黃州有孔子山、孔子河，是春秋末孔子周遊列國時的過往之地，有“孔子使子路問津處”等聖跡，山旁建有孔子廟（問津書院前身）。由於年久失修，瀕臨傾倒。杜牧為了宣揚孔子思想和施展自己遠大的政治抱負，在孔子山擴建孔廟，拜謁孔子聖像，親自改孔廟名為“文宣廟”，並在廟中設置學堂（時稱廟學），教化士民。他雖身居吏職，仍在學堂講學不輟。講學之時，其弟子自遠方至數百人。他在《黃州刺史謝上表》中說：“獨能不徇時俗，自行教化，唯德是務，愛人如子，廢鞭笞責削之，用忠恕撫字之道”，“使一州之人，知上有聖仁二天子，所遣刺史，不為虛受，熏其和風，感其歡心，庶為瑞為祥，為歌為詠，以裨盛業，流乎無窮”。[3]
明、清時的《黃州府誌》《問津院誌》均載杜牧在黃州地方“興學教士，立廟崇祀先聖，一時家循孔教，人頌儒書”。[3]
後杜牧任池州、睦州刺史。為政能興利除弊，關心人民。
會昌四年九月（844年9月)，杜牧遷池州刺史，這年四十二歲。池州治所秋浦縣(今安徽貴池)。