Il crée la surprise en 2010, en devenant champion d'Europe de vitesse, face au Français Kévin Sireau, champion du monde de vitesse par équipes en 2008 et plusieurs fois vice-champion du monde. Dmitriev répète ce succès en 2012 et 2013. Aux Jeux olympiques de Londres en 2012, il se classe à la septième place de la vitesse par équipes, en collaboration avec Sergei Kucherov et Sergei Borisov, et cinquième de la vitesse individuelle. Lors de la Coupe du monde sur piste 2012-2013, il remporte le classement général de la vitesse.