С сезона-2009/10 Денис защищал цвета «Локомотива-Белогорья», но потеряв место в стартовом составе, в январе 2011 года на правах аренды перешёл в «Газпром-Югру» и явно усилил сургутскую команду. Свои лучшие качества он проявил в том же году и в матчах за сборную. В её составе Денис выиграл Мировую лигу и Кубок мира, стал вторым по количеству набранных за сезон очков после диагонального Максима Михайлова. Специалисты отметили богатый тактический арсенал Бирюкова, умело чередующего силовые атаки с откручиваниями мяча от рук блокирующих, разнообразными накатами и скидками.