В 2008 году Стародубцев принял участие в Олимпийских играх. В финале прыжков с шестом он занял 5-е место. В 2009—2011 годах Дмитрий участвовал в двух чемпионатах Европы в помещении, чемпионате мира в помещении и чемпионате Европы. В 2011, на своём первом чемпионате мира, стал 12-м. На Олимпиаде в Лондоне Стародубцев повторил свой персональный рекорд — 5,75 и занял 4-е место в финале.