Kariernya di Polda Jawa Timur dilanjutkan dengan peran sebagai Kabag Bin Polwil Madura pada 2005 dan Kakorsis SPN Mojokerto (2006–2007).

Pada tahun 2007, ia menjabat sebagai Kasat Serse Polwiltabes Surabaya, kemudian diangkat menjadi Kapolresta Kediri pada 2008 dan Kapolres Lumajang pada 2009.

Di tingkat Mabes Polri, Dedi pernah menduduki berbagai posisi seperti Kasubbagmin Set Rodalpers SDE SDM Polri pada 2010 dan Kasubag Jakprodiklat Bag Jakdiklat Rojiantra SDE SDM Polri pada 2010–2011.

Pada tahun 2011, ia menjadi Karo SDM Polda Maluku Utara dan kemudian Karo SDM Polda Kalimantan Tengah pada 2012.

Selanjutnya, ia memimpin sejumlah jabatan SDM strategis di Mabes Polri, seperti Kabagpangkat Robinkar SSDM Polri (2014), Kabagrenmin SSDM Polri, dan Kabagmutjab Robinkar SSDM Polri pada 2016.

Pada 2017, Dedi Prasetyo menjabat sebagai Wakapolda Kalimantan Tengah sebelum dipromosikan menjadi Karopenmas Divhumas Polri pada 2018.

Tahun berikutnya, ia menjabat sebagai Karobinkar SSDM Polri dan diangkat sebagai Kapolda Kalimantan Tengah pada 2020.

Pada 2021–2023, Dedi menjabat sebagai Kadiv Humas Polri. Ia juga dikenal sebagai Guru Besar PTIK STIK, menunjukkan kontribusi akademisnya dalam pendidikan kepolisian.

Pernah Raih Rekor Muri

Selama menjabat di kepolisian, Dedi dikenal sebagai polisi yang memiliki prestasi akademik. 

Dedi tercatat sebagai perwira tinggi bergelar profesor.

Selain itu, ia juga dikenal rajin menulis. Hingga kini, Dedi sudah menulis 27 buku.

Di antaranya Ilmu dan Teknologi Kepolisian, Assessment Center Polri Membangun SDM Unggul, Meritokrasi Jabatan Fungsional pada SDM Polri, E-Candidate: Pemodelan Aplikasi dalam Sistem Pembinaan Karier Anggota Polri, Radikalisme, Terorisme, dan Deradikalisasi di Indonesia, Keadilan Restoratif: Strategi Transformasi Memulai Polri Presisi, dan Komunikasi Krisis Divhumas Polri.

Karena prestasinya itu, Dedi juga sempat memperoleh penghargaan MURI pada 28 Mei 2024. 

Penghargaan tersebut diraihnya karena menjadi satu-satunya perwira Polri yang menulis buku dengan jumlah terbanyak.