В мае 2017 года при новом главном тренере сборной России Сергее Шляпникове Дмитрий Ковалёв вернулся в её состав и в розыгрыше Мировой лиги был капитаном национальной команды. В июле 2018 года выиграл золото первого в истории турнира Лиги наций, заработав блоком последнее очко в финальном матче против сборной Франции. В то же время из-за травм Ковалёву не удалось выступить на чемпионате Европы-2017 и чемпионате мира-2018.