Στο Ευρωμπάσκετ 2005 που πραγματοποιήθηκε στο Βελιγράδι, συνέβαλλε στη κατάκτηση του χρυσού μεταλλίου για δεύτερη φορά στην ιστορία της Ελλάδας, όταν στον ημιτελικό, το σκορ ήταν 64-66 υπέρ των Γάλλων και με τρίποντο 3 δευτερόλεπτα πριν το τέλος έστειλε την Εθνική στον τελικό. Το τρίποντο αυτό έχει μείνει στην ιστορία όχι μόνο λόγω της μεγάλης σημασίας του, αλλά και εξαιτίας της περιγραφής του Βασίλη Σκουντή (Βαλ' το αγόρι μου). Μετά το τέλος του αγώνα ο 3D δήλωσε ότι: ""Έτυχε να βρεθώ στη θέση αυτή και σούταρα απλά. Δεν είμαι πρωταγωνιστής, είμαστε δώδεκα παιδιά που έπαιξαν για την ομάδα και είναι μεγάλη επιτυχία που φτάσαμε στον τελικό"," ενώ ο Θοδωρής Παπαλουκάς δήλωσε: ""Να είναι καλά ο Δημήτρης που για ακόμα μια φορά μας έβγαλε από την πολύ δύσκολη θέση. Έδειξε ολύμπια ψυχραιμία και μας έστειλε στον έβδομο ουρανό"". Το σουτ αυτό θεωρείται ίσως το σημαντικότερο στην ιστορία του ελληνικού μπάσκετ. Στον τελικό η Εθνική κέρδισε την Γερμανία του Ντιρκ Νοβίτσκι 78-62, με τον Διαμαντίδη να έχει πολύπλευρη προσφορά με 2 πόντους 5 ριμπάουντ, 4 ασίστ και 4 κλεψίματα σε 27 λεπτά. Ο Διαμαντίδης σε αυτό το Ευρωμπάσκετ βγήκε πρώτος στις ασίστ με μέσο όρο 5 ανά παιχνίδι και ήταν μέλος της καλύτερης πεντάδας του τουρνουά.