Die Pfarrerstochter Dorothee Ziegele engagiert sich früh in der Jugendbewegung. 1921 beginnt Dorothee Ziegele in Leipzig ein Germanistik-Studium. Gleichzeitig macht sie eine Ausbildung an der dortigen Bibliotheksschule. Ab 1923 arbeitet sie an der Universitätsbibliothek Tübingen. In dieser Zeit lernt sie Harald Poelchau kennen. 1926 nimmt sie eine Stelle in der Bibliothek des Statistischen Reichsamts in Berlin an. Am 12. April 1928 heiraten Dorothee und Harald Poelchau. Wie ihr Mann ist sie von Beginn an gegen das NS-Regime eingestellt. 1938 kommt ihr Sohn Harald Stephan zur Welt.
Zusammen mit ihrem Mann unterstützt Dorothee Poelchau untergetauchte Jüdinnen und Juden sowie politische Häftlinge und deren Angehörige. Die Poelchaus verstecken immer wieder Jüdinnen und Juden für einige Zeit in ihrer Wohnung. Dorothee Poelchau kümmert sich um sie und besorgt Lebensmittel. Zudem vermittelt sie ihnen weitere Verstecke.
In den letzten Kriegswochen verlässt sie mit ihrem Sohn Berlin, kehrt aber im Frühjahr 1946 zurück. 1971 wird sie gemeinsam mit ihrem Mann für ihre Hilfsleistungen von Yad Vashem als „Gerechte unter den Völkern“ geehrt.
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