Ngày 9/3/1945, ông về quê tham gia Việt Minh hoạt động khởi nghĩa ở quê hương. Sau đó ông được tuyển vào Trinh sát viên Công an tỉnh.

Ngày 1/5/1946, ông được kết nạp vào Đảng, phụ trách công tác tuyên huấn, thanh niên, tự vệ chiến đấu ở xã.

Từ 8/1946 - 8/1948, ông là cán bộ trinh sát nội bộ và giữ chức Chánh Văn phòng Tỉnh ủy Quảng Trị.

Từ 9/1948 - 7/1949, ông được giao làm cán bộ nghiên cứu Văn phòng Liên khu ủy 4.

Từ 8/1949 - 6/1950, ông được tổ chức phân công làm thư ký riêng cho đồng chí Nguyễn Chí Thanh, Bí thư Khu ủy 4. Tháng 7/1950, ông cùng đồng chí Nguyễn Chí Thanh gia nhập quân đội.

Từ 5/1968 - 7/1978, ông được giao đảm nhiệm các chức vụ: Tổ trưởng Chuyên viên quân sự Phái đoàn Việt Nam dân chủ Cộng hòa đàm phán Hiệp định Pa-ri tại Cộng hòa Pháp, Trưởng ban Tổng kết, Phó cục trưởng Cục Tuyên huấn Tổng cục Chính trị, Phó giám đốc Học viện Chính trị.

Từ 8/1978 - 6/1982, Đại tá Đoàn Chương được giao đảm nhiệm các chức vụ: Phó chính ủy Quân đoàn 2, Phó tư lệnh - Chủ nhiệm Chính trị Quân khu 3 kiêm Phó tư lệnh Chính trị Quân đoàn 68.

Từ 7/1982 - 3/1990, ông được giao nhiệm vụ làm Cục trưởng Cục Xuất bản Quân đội kiêm Giám đốc Nhà xuất bản Quân đội nhân dân.

Từ 4/1990 - 2/1994, ông được giao giữ chức vụ Phó Viện trưởng Viện Chiến lược quân sự.

Từ 3/1994 - 3/1999, ông được bổ nhiệm giữ chức Viện trưởng Viện Chiến lược quân sự

Tháng 4/1999, ông nghỉ hưu.

Thăng quân hàm: Thiếu tướng (1984), Trung tướng (1990).