В 2013 году Дмитрий Ильиных был вызван в национальную команду для участия на турнире Мировой лиги, но в ходе сезона присоединился к студенческой сборной и в её составе завоевал золотую медаль Универсиады в Казани. В том же году выиграл золото чемпионата Европы, где внёс решающий вклад в победу над сборной Франции в четвертьфинале, и серебро Всемирного Кубка чемпионов, ставшего одним из лучших турниров в его карьере. На Кубке чемпионов Ильиных завоевал место в стартовом составе, а в двух заключительных матчах соревнования против сборных Бразилии и США становился самым результативным игроком российской команды.