На чемпионате мира 2013 года завоевал серебряную награду в спринте, уступив в финале немцу Штефану Беттихеру в 2 заездах. В следующем году на чемпионате мира в колумбийском Кали получил в спринте награду бронзового достоинства, уступив в полуфинале в 2 заездах будущему чемпиону французу Франсуа Первису. Через год во Франции Денис вновь штурмовал золотую вершину и вновь уступил, на этот раз французу Грегори Боже в 2 заездах. В олимпийский год на чемпионате мира в Лондоне Дмитриев дошёл снова попал в тройку призёров, уступив в полуфинале австралийцу Мэттью Глетцеру в 2 заездах, но победив поляка Дамиана Зелински.