Na początku 2013 sięgnął po srebro halowych mistrzostw Bałkanów w biegu na 60 metrów. Srebrny medalista biegu na 100 metrów podczas juniorskich mistrzostw Europy w Rieti (2013). W tym samym roku zdobył złoto i srebro na mistrzostwach krajów bałkańskich oraz odpadł w eliminacjach 100 metrów podczas światowego czempionatu w Moskwie. W 2015 zdobył srebro w biegu na 100 metrów w trakcie trwania młodzieżowych mistrzostw Europy. W 2016 Dimitrow wziął udział w eliminacjach biegu na 100 metrów podczas mistrzostw Europy w Amsterdamie i na tej samej fazie zakończył zmagania podczas halowych mistrzostw Starego Kontynentu w Belgradzie.