Năm Canh Ngọ 1630, ông chủ xướng việc thiết kế và chỉ đạo xây dựng hai công trình phòng thủ quan trọng là Lũy Trường Dục ở huyện Phong Lộc, tỉnh Quảng Bình (1630) và Lũy Thầy từ cửa sông Nhật Lệ đến núi Đâu Mâu (Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình). Đây là chiến lũy quan trọng, giúp chúa Nguyễn có thể phòng thủ hiệu quả trước nguy cơ tấn công của quân Trịnh.
Sinh thời, ông sáng tác nhiều tác phẩm văn, thơ, và nhiều ca khúc rất giá trị; biên đạo một số điệu múa được lưu truyền rộng rãi. Đào Duy Từ là người Việt đầu tiên làm thơ lục bát và là người có công phát triển nghề hát bội ở Đàng Trong, là người khởi thảo tuồng Sơn Hậu. Ông đồng thời là tác giả bộ sách quân sự đặc biệt “Hổ trướng khu cơ” và “Ngọc Long cương vãn” (văn học). Năm 1634, ông bị ốm nặng và chết. Sau khi ông mất, chúa Nguyễn truy phong công thần, đặc tiến Kim tử vinh lộc đại phu.
Mặc dù ông không phải là người quê ở đây nhưng là người có công rất lớn đối với Quảng Bình nên được nhân dân mến mộ, xếp vào danh nhân tiêu biểu của Quảng Bình.
