Воевал потомок Едигея-Мангита весьма достойно. В 1701 году произведён в капитан-поручики, а в 1706 году в капитаны, сражался со шведами в битвах под Нарвой, Полтавой. В битве с корпусом шведского генерала Адама Людвига Левенгаупта при деревне Лесной 28 сентября 1708 года гвардии капитан Г. Д. Юсупов был дважды ранен, затем участвовал в Турецкой акции и Персидской экспедиции. 3 августа 1711 года командир 1-й роты Преображенского полка Григорий Юсупов был удостоен звания гвардии майора.

Более того, Петр Великий неоднократно доверял ему ведение таких непростых дел, как казнокрадство, в котором были грешны многие приближенные царя, именуемые «птенцы из гнезда Петрова».

11 ноября 1717 года Петр I указал командировать в Санкт-Петербург 14 гвардейских офицеров, в том числе и майора Григория Юсупова для участия в военном суде, учреждённого для рассмотрения дела следователя М. И. Волконского, обвинённого в совершении преступлений против интересов службы.

Процесс над Михаилом Волконским ещё не завершился, когда царь Петр определил князя Григория Дмитриевича в качестве презуса в состав одной из проектиркемых новых «майорских» канцелярий. Тогда же 9 декабря 1717 года руководителям новоучреждённых следственных канцелярий были вручены подписанные царём именные наказы, а также реестры подлежащих расследованию дел. Канцелярия ведения Григоря Юсупова получила в производство подборку из трёх уголовных дел, преже обоначенных Петром, как «бахмуцкое дело». Основным фигурантом этого дела являлся комендант города Бахмута князь Д. А. Кольцов-Масальский, обвинённый в казнокрадстве и злоупотреблении должностными полномочиями. По результатам произведенного расследования комендант был в 1718 году признан виновным в хищении 80 тысяч рублей и приговорён к повешению. Тогда же канцелярия Г. Д. Юсупова осуществдяда предвартельное следствие по уголовным делам по обвинению казачьих полковников из Харькова и Изюма в хищении денежной казны, собранной для покупки фуража. Отдельно расследовалось уголовное дело по обвинению полкового судьи Изюмского полка Данилы Данилевского в грабеже подданных Речи Посполитой.

Как следует из обстоятельств чинопроизводства князя Г. Д. Юсупова, Петр I высоко оценивал результаты его следственной деятельности. В 1719 году князь Григорий Юсупов, оставаясь гвардии майором, был параллельно произведён в бригадиры, а 28 января 1722 года – в генерал-майоры.

Григорий Юсупов с особой нежностью относился к сыну своего друга детства Петра Алексеевича. С царевичем Алексеем, первенцем Петра, он немало лет состоял в переписке и часто расстраивался по тому поводу, что между ним и Петром была настоящая неприязнь, походившая на обоюдную ненависть, вместо любви и отечески-сыновьей связи. По насмешке судьбы Юсупову пришлось быть во главе комиссии по делу «о измене цесаревича Алексея». В 1718 году князь был включен в состав Верховного суда по делу царевича Алексея Петровича. Он, вместе с остальными 127 судьями подписал смертный приговор (подпись Григория Юсупова стоит на приговоре 25-й по счёту), который гласил, что «царевич утаил бунтовый умысел свой против отца и государя своего, и намеренный из давних лет подыск, и произыскивание к престолу отеческому и при животе его, чрез разные коварные вымыслы и притворы, и надежду на чернь и желание отца и государя своего скорой кончины». Более того, князь Григорий Дмитриевич даже наблюдал и присутствовал на пытках бедного наследника, по некоторым источникам, эти пытки государь Петр проводил лично.

Генерал-майор князь Юсупов с 1717 по 1722 год возглавлял следственную канцелярию. 9 декабря 1723 года император издал указ о упразднении «майорских» канцелярий, 10 ноября 1724 года князь Юсупов направил в Правительствующий Сенат пространный доклад о ликвидации возглавляемой им канцелярии. 8 декабря князь Григорий Дмитриевич был определён в Сенат, став последним сенатором, назначенным императором Петром Великим.