在这里，他遇到了歌姬张好好。张好好年仅 13岁，长得漂亮，唱歌跳舞更是一绝，把杜牧迷得不行。从那以后，只要有宴会，杜牧就跟张好好腻在一起。
可没想到沈传师也看上了张好好，抢先一步把她娶回家做了小妾。杜牧只能眼巴巴地看着，心里别提多难受了。
多年后，杜牧在洛阳又碰到了张好好。这时候张好好已经变成卖酒的了。杜牧感慨万千，便写下了《张好好诗》。
诗中既可怜张好好的遭遇，又想到自己空有一身本事却无处施展，“怪我苦何事，少年垂白须”。
那种岁月催人老、人生不如意的感觉全写出来了。这首诗不仅文学价值极高，书法也飘逸洒脱，是杜牧唯一传世的书法真迹，现藏于故宫博物院。
后来，淮南节度使牛僧孺邀请杜牧去扬州，让他当淮南节度推官，没多久又让他做了掌书记。谁曾想到，杜牧在扬州的青楼酒馆流连忘返，天天晚上出去找乐子，风流韵事一件接一件。
牛僧孺挺欣赏杜牧的才华，怕他在外面出事，就派人跟着偷偷保护他，还把他的行踪都记下来。直到杜牧要离开扬州的时候，牛僧孺才把记录行踪的本子拿出来劝他以后生活检点些。
杜牧这才知道自己的所作所为上司都清楚，又是惊讶又是不好意思。不过在扬州的这段日子，杜牧创作了许多描写扬州风情的诗歌。比如《遣怀》中的“落魄江湖载酒行，楚腰纤细掌中轻。
十年一觉扬州梦，赢得青楼薄幸名”，这是他自己在调侃这段荒唐日子；《赠别》中的“春风十里扬州路，卷上珠帘总不如”，把扬州姑娘的美夸到了极致；《寄扬州韩绰判官》中的“二十四桥明月夜，玉人何处教吹箫”，满满的都是对扬州的留恋。这些诗都成了千古名句，杜牧“风流才子”的名声也就传开了。
大和九年，杜牧官升监察御史，赴京就任。此时的唐朝藩镇割据，宦官专权，朝堂之上党争激烈。杜牧因与牛僧孺私交甚好，又与李德裕理念不合，在党争中左右为难，仕途屡屡受挫。他先后担任黄州、池州、睦州刺史等职，尽管身处困境，杜牧依然心系百姓，在任上积极作为，为当地百姓谋福祉。
除了写诗，杜牧对军事也特别有研究。他熟读《孙子兵法》，并为其做了 13篇注解，其军事见解被后世列为《孙子兵法》的权威注解之一。唐宪宗讨伐藩镇时，杜牧献上平定叛乱的计策，宰相李德裕采用后大获成功。但可惜在中唐混乱的政治斗争中，他的军事才能未能得到充分施展。
晚年的杜牧历经人生起伏，早已看淡一切。他借口要照顾弟弟，请求到湖州当刺史。在湖州，他把祖上的樊川别墅重新修整了一下，常在此以文会友。