Sachverhalt:
A. X._ (geb. 1963), Inhaber der Einzelfirma "Z._", meldete sich am 9. Januar 1997 von A._/ZH nach B._/SZ ab, wo er bei einem Geschäftspartner wohnte; daneben behielt er sein Reiheneinfamilienhaus in A._/ZH. Ab 1. Oktober 1997 hielt er sich eine 11⁄2-Zimmer-Wohnung an der G._ in C._/SZ zur Verfügung (Mietzins pro Monat: Fr. 930.--, einschliesslich Nebenkosten). Als Mieterin trat formell die I._ GmbH auf, an welcher X._ zusammen mit seinem Bruder M._ beteiligt ist. Am 27. März 1998 erwarb er ein geräumiges Einfamilienhaus in der Gemeinde D._/TG. Im August 2002 zog seine heutige Ehefrau (Heirat am 4. Juli 2003) mit ihrer Tochter zu ihm nach D._/TG.
B. Am 23. August 2000 nahm das Gemeindesteueramt D._/TG eine Steuerausscheidung unter den drei Steuerdomizilen F._/ZH (recte: C._/SZ), A._/ZH und D._/TG für die Steuerperiode 1999 vor. Dabei betrachtete es D._/TG nur als Belegenheitskanton und ermittelte ein in diesem Kanton steuerbares Einkommen von Fr. 30'200.-- (zum Satz von Fr. 2'487'000.--) und ein steuerbares Vermögen von Fr. 621'500.-- (zum Satz von Fr. 4'126'900.--). Mit definitiver Veranlagungsverfügung vom 16. Oktober 2000 stellte die Stadtgemeinde D._/TG X._ Rechnung für die Staats- und Gemeindesteuern 1999. Diese Veranlagung blieb unangefochten und erwuchs in Rechtskraft.
C. Mit Schreiben vom 8. Januar 2003 stellte das Gemeindesteueramt D._/TG nach Rücksprache mit der Steuerverwaltung des Kantons Schwyz fest, der steuerrechtliche Wohnsitz von X._ befinde sich ab 1. Januar 1999 in D._/TG. Diese Feststellung wurde im kantonalen Rechtsmittelverfahren letztinstanzlich mit Urteil vom 26. April 2006 des Verwaltungsgerichts des Kantons Thurgau bestätigt.
D. Mit Veranlagungsverfügung vom 10. Juli 2006 setzte die Kantonale Steuerverwaltung Schwyz das in diesem Kanton steuerbare Einkommen und Vermögen von X._ für die Veranlagungsperiode 1999/2000 auf Fr. 0.-- fest; dies mit der Begründung, dass angesichts des blossen Scheindomizils eine Besteuerung im Kanton Schwyz entfalle. Dagegen erhob X._ am 7. September 2006 Einsprache.
E. Die von X._ gegen das erwähnte Urteil des Verwaltungsgerichts des Kantons Thurgau gerichtete staatsrechtliche Beschwerde wies das Bundesgericht mit Urteil vom 7. Dezember 2006 ab, soweit es darauf eintrat.
In der Folge zog X._ seine Einsprache gegen die Verfügung der Steuerverwaltung Schwyz zurück.
F. Am 26. November 2008 veranlagte die Steuerverwaltung des Kantons Thurgau X._ für die direkte Bundessteuer 1999 und 2000 mit einem steuerbaren Einkommen von Fr. 2'255'300.-- bzw. Fr. 2'816'100.--. Die vom Steuerpflichtigen dagegen gerichteten Einsprachen wurden am 6. Januar 2010 abgewiesen; die Einspracheentscheide sind unangefochten geblieben und in Rechtskraft erwachsen. Im Mai 2010 hat der Steuerpflichtige die entsprechenden Steuerrechnungen beglichen.
Am 7. Juni 2010 verlangte der Steuerpflichtige bei der Steuerverwaltung des Kantons Thurgau, es sei festzustellen, dass die Veranlagungsverfügungen vom 26. November 2008 und die Einspracheentscheide vom 6. Januar 2010 nichtig seien. Die Veranlagungsbehörde nahm die verspätete Einsprache als Fristwiederherstellungsgesuch entgegen und ersuchte den Beschwerdeführer um nähere Angaben bezüglich der Gründe. Da der Beschwerdeführer darauf und auch auf die Einladung zu einer mündlichen Verhandlung zur Klärung der Sachlage nicht reagierte, erachtete sie das Gesuch als hinfällig; auf die Einsprache trat sie wegen Verspätung nicht ein; weiter stellte sie in ihrem Entscheid vom 3. November 2010 fest, dass die Einspracheentscheide vom 6. Januar 2010 nicht nichtig seien.
Sowohl die Steuerrekurskommission als auch das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau bestätigten, dass die angefochtenen Veranlagungsverfügungen nicht nichtig seien und wiesen die vom Beschwerdeführer erhobenen Beschwerden ab.
G. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten beantragen X._ und Y._ dem Bundesgericht, den Entscheid des Verwaltungsgerichts des Kantons Thurgau vom 28. September 2011 aufzuheben und die Nichtigkeit der Veranlagungsverfügungen des Kantons Thurgau vom 6. Januar 2010 betreffend die direkten Bundessteuern festzustellen.
Es wurden keine Vernehmlassungen eingeholt.
Erwägungen:
1. 1.1 Der angefochtene, kantonal letztinstanzliche Entscheid betreffend die direkte Bundessteuer 1999 und 2000 kann beim Bundesgericht mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten angefochten werden (Art. 82 lit. a, Art. 86 Abs. 1 lit. d BGG in Verbindung mit Art. 146 des Bundesgesetzes vom 14. Dezember 1990 über die direkte Bundessteuer [DBG; SR 642.11]).
1.2 Soweit die Beschwerde auch im vorliegenden Verfahren im Namen von Y._ erhoben wird, so ist diese durch die streitige Veranlagung nicht beschwert (vgl. angefochtenes Urteil E. 2). In Bezug auf die Kostenauflage an die Beschwerdeführerin legen die Beschwerdeführer nicht dar, inwiefern dadurch Bundesrecht verletzt wird. Auf die Beschwerde ist insoweit nicht einzutreten.
2. 2.1 Streitig war im vorinstanzlichen Verfahren einzig die Frage der Nichtigkeit der Veranlagungsverfügungen (recte: Einspracheentscheide) vom 6. Januar 2010 bzw. die Rechtskraft der "Veranlagungsverfügung" des Kantons Schwyz vom 8. August 2006.
2.2 Die Vorinstanzen haben die Frage verneint, im Wesentlichen unter Bezugnahme auf den gegen den Beschwerdeführer ergangenen Entscheid des Bundesgerichts vom 7. Dezember 2006 (2P.165/2006).
In jenem Urteil hat das Bundesgericht - in Bezug auf die Staats- und Gemeindesteuern 1999 des Beschwerdeführers - festgehalten, dass im Zusammenhang mit der Überprüfung der Veranlagung des Kantons Thurgau diejenigen Angaben mit zu berücksichtigen seien, welche gegenüber den Schwyzer Behörden gemacht worden seien oder diesen bekannt gewesen seien; insofern richte sich die Beschwerde materiell ebenso gegen den Kanton Schwyz, dessen Haltung seit der Veranlagungsverfügung vom 10. Juli/ 8. August 2006 nunmehr feststehe (E. 1.3).
In materieller Hinsicht hat das Bundesgericht festgehalten, der Beschwerdeführer habe die Steuererklärung 1999 für den Kanton Thurgau (am 1. Januar 1999 Wechsel zur Gegenwartsbemessung) am 31. März 2000 eingereicht. Dabei habe er nur die liegenschaftsrelevanten Positionen deklariert und im Übrigen eine Kopie der dem Gemeindesteueramt C._/SZ am 4. August 1999 eingereichten Steuererklärung 1999/2000 (Bemessungsjahre 1997/98) für den Kanton Schwyz beigelegt. Mit Schreiben vom 23. Mai 2000 habe das Gemeindesteueramt D._/TG vom Beschwerdeführer eine vollständig ausgefüllte Steuererklärung 1999 verlangt, weil die eingereichten Unterlagen aufgrund der unterschiedlichen Steuersysteme (Vergangenheitsbemessung im Kanton Schwyz - Gegenwartsbemessung im Kanton Thurgau) ungenügend gewesen seien. Der Beschwerdeführer habe in der Folge am 1. Juli 2000 eine Steuererklärung 1999 nachgereicht (einschliesslich zweier Hilfsblätter, u.a. zu seinem Liegenschaftsbesitz), wobei auf diesem Formular die Adresse "G._, C._/SZ" vorgedruckt gewesen sei. Erneut habe er nur die liegenschaftsrelevanten Positionen deklariert, nun aber auch das hohe - angeblich im Kanton Schwyz steuerbare - übrige Einkommen 1999 bzw. Vermögen (per Ende 1999) angegeben. Gestützt darauf habe das Gemeindesteueramt D._/TG am 23. August 2000 die Steuerausscheidung zwischen den Steuerdomizilen F._/ZH, A._/ZH und D._/TG erstellt. Beim Hauptsteuerdomizil "F._/ZH" habe es sich allerdings um ein offensichtliches Versehen gehandelt, denn eigentlich sei damit C._/SZ gemeint gewesen. Dem Gemeindesteueramt D._/TG sei es mit der Steuerausscheidung nur darum gegangen, Erträge und Vermögen der Thurgauer Liegenschaft - zum Satz der hohen übrigen Faktoren - zu erfassen. Bei dieser Sachlage, wo das Hauptsteuerdomizil des Beschwerdeführers im Kanton Schwyz scheinbar festgestanden habe, zumal er es in seinen persönlichen Steuererklärungen mehrfach hervorgehoben hatte, habe aber für die Steuerbehörde des Kantons Thurgau zunächst kein Anlass bestanden, die Wohnsitzfrage näher abzuklären. Es könne jedenfalls nicht gesagt werden, die Steuerbehörde habe hier in voller Kenntnis von Ungereimtheiten davon abgesehen, zusätzliche Abklärungen zu treffen, was die Erhebung einer Nachsteuer ausschliessen würde. Die aufgrund neuer Tatsachen und Beweismittel nachträglich verfügte unbeschränkte Steuerpflicht im Kanton Thurgau ab Steuerperiode 1999 erweise sich damit - zumindest in formeller Hinsicht - als rechtmässig (E. 2.3).
In jenem Verfahren waren das Haupt- und das Spezialsteuerdomizil (Geschäftsort) des Beschwerdeführers für die Steuerperiode 1999 umstritten. Anders als in früheren Jahren beanspruchte der Kanton Schwyz für die Steuerjahre 1999/2000 überhaupt keine subjektive Steuerpflicht mehr, so dass keine aktuelle Doppelbesteuerung des Beschwerdeführers für die Steuerperiode 1999/2000 gegeben war (E. 3.2).
Das Bundesgericht kam sodann zum Schluss, die Einkünfte des Beschwerdeführers aus selbständiger Erwerbstätigkeit seien an dessen Hauptsteuerdomizil steuerbar, d.h. ab 1999 in D._/TG (E. 5).
2.3 Der Vorinstanz ist darin beizupflichten, dass diese Erwägungen zum Steuerdomizil betreffend die Staats- und Gemeindesteuern ohne weiteres auf die direkte Bundessteuer anwendbar sind, da diese Frage dort gleich geregelt ist und auch dieselbe Rechtsprechung gilt. Zuzustimmen ist der Vorinstanz auch, was die Auslegung der "Veranlagungsverfügung" des Kantons Schwyz vom 8. August 2006 anbelangt. Diese ist klarerweise einzig als Feststellungsverfügung bezüglich des Steuerdomizils des Beschwerdeführers auszulegen, denn es ist nicht möglich, dass die Veranlagungsbehörde einen anderen Kanton als zuständig bezeichnet und zugleich - trotz offensichtlich fehlender Zuständigkeit - die Steuerfaktoren festlegen würde. Entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers war die Frage der örtlichen Zuständigkeit zwischen den Kantonen und Schwyz nicht streitig, weshalb die Anwendung von Art. 108 DBG gar nicht in Frage kommt.
Es kann im Übrigen vollumfänglich auf die entsprechenden Ausführungen der Vorinstanz verwiesen werden, denen der Beschwerdeführer nichts Stichhaltiges entgegenzusetzen hat. Was er vorbringt, führt zu keiner anderen Beurteilung.
2.4 Der Vorinstanz ist schliesslich darin beizupflichten, dass das Verhalten des Beschwerdeführers als Verstoss gegen den Grundsatz von Treu und Glauben zu bezeichnen ist (angefochtenes Urteil E. 3.3.5).
2.5 Von einer Verletzung der vom Beschwerdeführer angeführten Art. 8 Abs. 1, Art. 29 und Art. 127 Abs. 2 BV sowie Art. 108, 116 Abs. 1, Art. 131 Abs. 1, Art. 151 Abs. 1, Art. 152 Abs. 1 und Art. 216 Abs. 1 DBG kann offensichtlich nicht die Rede sein. Die Vorinstanz hat demnach kein Bundesrecht verletzt.
3. Die Beschwerde ist aus diesen Gründen abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Entsprechend diesem Ausgang hat der Beschwerdeführer die Kosten des Verfahrens vor Bundesgericht zu tragen (Art. 66 Abs. 1 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 3'000.-- werden den Beschwerdeführern auferlegt, unter solidarischer Haftung.
3. Dieses Urteil wird den Verfahrensbeteiligten, dem Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau und der Eidgenössischen Steuerverwaltung schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 10. April 2012
Im Namen der II. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Zünd
Der Gerichtsschreiber: Küng