Il 14 ottobre la madrepatria di Dimitriev, entrò in guerra a fianco degli imperi centrali, quindi il generale era in guerra contro la sua patria, anche se non vi combatté mai contro visto che fu mandato in Caucaso, dove però in breve cadde in disgrazia. Comunque alla fine del 1916 fu riconfermato al comando della 12ª armata sul fronte di Riga, ma nell'estate 1917 Alekseev lo sostituì con Russkij, in quanto Dimitriev aveva dimostrato debolezza e indulgenza coi comitati dei soldati che erano sorti ovunque dopo la rivoluzione di febbraio (1917). Dimitriev congedato andò con la famiglia nella località turistica di Pjatigorsk nel Caucaso, ma il 18 ottobre 1918 fu fucilato insieme ad altri 100 ufficiali, nell'eccidio perpetrato dalle guardie rosse.