Будучи студентом, в 1997 г. Д. Зуев был призван в ряды Вооруженных Сил России, причем имея возможность получить отсрочку, отказался от нее. Военную службу Д. Зуев проходил в Туле в 51-м гвардейском парашютно-десантном полку. 

30 сентября 1999 г. Денис Зуев был направлен в составе объединенной группировки воздушно-десантных войск на территорию Дагестана, а затем в Чеченскую республику. 28 ноября 1999 г. разведывательному взводу, в составе которого находился гвардии старший сержант Денис Зуев, была поставлена задача обнаружить и определить силы боевиков в районе п. Новогрозненский. 

Взвод выдвигался в предрассветных сумерках и до рассвета сумел выйти к мощному опорному пункту боевиков, но был обнаружен. Открытый огонь вынудил десантников принять бой. Уступая в количестве и боевым возможностям, взвод не мог быстро отойти на безопасные позиции, так как был прижат к земле интенсивным огнем противника. Денис Зуев, неоднократно побывавший в бою, сумел быстро сориентироваться. Вжимаясь в землю, он скрытно зашел во фланг боевикам, двумя брошенными гранатами накрыл пулеметный расчет, ворвался в окоп и огнем из автомата уложил четверых противников. Воспользовавшись захваченным пулеметом, старший сержант Зуев открыл огонь по врагу, вызвав в его рядах панику. Своими действиями он дал возможность основному составу взвода отойти, но сам остался на вражеской позиции в одиночестве. Продолжая вызывать огонь противника на себя, Денис был смертельно ранен. 

Указом Президента Российской Федерации от 14 марта 2000 г. за мужество и героизм, проявленные при ликвидации незаконных вооруженных формирований в Северо-Кавказском регионе, старшему сержанту Зуеву Денису Сергеевичу присвоено звание Героя Российской Федерации (посмертно).
Золотую Звезду Героя России вручали матери Дениса, 6 июня 2000 г. в Белгороде.