В 2016 году в составе сборной России выиграла олимпийское золото в Рио-де-Жанейро. На олимпийском турнире Дарья провела все 8 матчей, в которых забросила 28 мячей. По итогам олимпийского турнира Дмитриева была признана лучшим разыгрывающим.