В ноябре 1938 г. – январе 1939 г. следствие о незаконных методах следствия в УНКВД было проведено бригадой аппарата особоуполномоченного НКВД СССР и прокуратуры Союза ССР, свое следствие в апреле 1939 г. провел и обкомом ВКП(б), результатом которого стало рассмотрение на бюро обкома вопроса «О работе областного Управления НКВД», в мае 1939 г. военная прокуратура передопросила всех обвиняемых по «Карельскому делу». Знакомство с архивными документами по этой теме позволяет утверждать, что по вновь вскрывавшимся обстоятельствам аресты и увольнение сотрудников, причастных к нарушению законности, продолжались и в 1940-м, и в 1941-м гг.

Имя Д. И. Горюнова в этой связи не звучало. В какой-то период Карельский окружком ВКП(б), членом которого по должности являлся Дмитрий Иванович, отмечал факты его «грубого отношения с работниками аппарата». Но он, в отличие от многих других сотрудников, не стал объектом продолжавшихся служебных проверок и следственных мероприятий по фактам нарушения соцзаконности в 1937–1938 гг. И это несмотря на то, что находился на руководящей должности в Карельском округе, связанном с наиболее «липовым», как отмечали сами работники УНКВД Калининской области, делом.

Поэтому, когда в феврале 1939 г. за фабрикацию «Карельского дела» был арестован другой его организатор – начальник 3-го отдела УНКВД КО Доценко, Горюнов был назначен с повышением на его место.

Однако на новой руководящей должности он долго не задержался: перевод особых отделов частей и соединений западных военных округов РККА на штаты военного времени потребовал дополнительных кадров для органов военной контрразведки, куда Д. И. Горюнов и был возвращен – уже до конца своей службы. В сентябре 1939 г. его назначают заместителем начальника ОО НКВД Кавалерийской армейской группы войск Киевского особого военного округа (КОВО). Это воинское подвижное объединение создавалось в 1938 г. в составе двух кавкорпусов, а также артиллерийских, танковых и других частей, предназначавшихся для мобильного нанесения удара по противнику. В частности, в 1938 г. планировалось его использование для возможной военной помощи Чехословакии. 17 сентября 1939 г. Каменецк-Подольская армейская группа выступила в освободительных поход в составе войск Украинского фронта, основной ее ударной силой были кавалерийский, танковый и стрелковый корпуса.

В служебных аттестациях этого периода отмечалось, что агентурно-оперативную и следственную работу Д. И. Горюнов освоил хорошо, умело руководит оперативным составом, передает приобретенный им опыт, по своим деловым качествам и результатам практической работы показал себя «принципиальным, энергичным работником, обладающим достаточными организаторскими способностями». Коммунистами особого отдела армгруппы он был избран секретарем партийного бюро. В июне 1940 г. служебную характеристику на Д. И. Горюнова подписал начальник ОО НКВД КОВО А. Н. Михеев – будущий руководитель советской военной контрразведки. В ней говорилось: «К работе относится добросовестно. В работе проявляет личную инициативу. Исполнителен, трудолюбив. За весь период боевых действий на территории Западной Украины обеспечивал информацию особого отдела. У командования Армкавгруппы и оперативного состава пользуется деловым авторитетом. Идейно-политически выдержан, в быту скромен».