Потери русской эскадры (77 убитых, 181 раненый) были сравнительно невелики. Флот султана лишился 4 кораблей, 4 фрегатов и корвета. Он надолго перестал существовать как боевая сила.

После Афонского сражения Сенявин установил тесное взаимодействие с английской эскадрой. Но 12 августа он получил известие о Тильзитском мире. 14 августа русский и английский флоты разошлись, ибо оказывались в разных лагерях. 28 августа вице‑адмирал получил указ Александра I оставить Архипелаг, передать Ионические острова и другие русские опорные пункты на Средиземном море французам и вести корабли к своим портам. 25 августа был оставлен Тенедос. Сенявин направился к Корфу, где уже хозяйничали французы. Оттуда он намеревался вести эскадру в Россию без остановки. Но сильный встречный ветер, перешедший в шторм, заставил 30 октября зайти в Лиссабон. Здесь эскадра была заблокирована английским флотом. 24 августа 1808 года Сенявин сдал англичанам на хранение корабли, а 5 августа 1809 года экипажи на транспортах были отправлены в Россию.

Самовольно принятое решение вызвало гнев Александра I, и вице‑адмирал оказался в опале. Три года он исполнял свою прежнюю должность командира Ревельской эскадры.

2 мая 1811 года Сенявина назначили вновь командиром Ревельского порта. Летом 1812 года он занимался подготовкой канонерских лодок, обеспечивал переброску корпуса Штейнгеля из Финляндии. Недовольный спокойной деятельностью, он 28 июня 1812 года обратился к царю с предложением сформировать из мужиков калужского имения отряд и вступить в Московское ополчение, однако получил ответ, что занимаемый им ныне пост также нужен. В 1813 году Сенявин подал в отставку.

В 1821 году греки подняли восстание против турецкого гнета. Желая использовать многочисленные суда, греки направили в Петербург письмо с просьбой направить для командования флотом Д.Н. Сенявина, хорошо известного на Средиземном море. Но в просьбе было отказано. Александр I избегал шагов, которые можно было воспринять как поддержку революции.

Только в 1825 году, когда на престол взошел Николай I, вспомнили о заслугах Дмитрия Николаевича перед Отечеством. Царь предложил моряку вернуться на службу и даже назначил его своим генерал‑адъютантом, наградил орденом Святого Александра Невского и выдал пособие в 36000 рублей. В декабре 1825 года император создал Комитет образования флота под председательством О. фон Моллера; в состав комитета среди других известных моряков вошел и Сенявин. В августе 1826 года Николай I приказал моряку присутствовать во втором департаменте Сената, с декабря назначил сенатором.

В августе 1826 года Сенявина произвели в адмиралы. Он доставил на Средиземное море эскадру Л.П. Гейдена, которая отличилась в Наваринском сражении. За победу при Наварине адмирал получил алмазные знаки ордена Святого Александра Невского. В 1828 году Сенявин с эскадрой провожал до Зунда эскадру Рикорда, которая также направлялась на Средиземное море.

В 1830 году Сенявин долго болел и вынужден был уйти в отставку. Скончался он 5 апреля 1831 года. Адмирал просил похоронить его скромно, но император организовал торжественное погребение Д.Н. Сенявина в Духовской церкви Александро‑Невской лавры и лично командовал выделенными войсками. На дубовой плите было написано: «Дмитрий Николаевич Сенявин, генерал‑адъютант и адмирал, род. 6 августа 1763 года, умер 5 апреля 1831 года».