Dmitri Wassiljew sprang für den Verein ZSKA/Lokomotiw Ufa. Seit 1998 springt er im Weltcup. 1999 wurde er in Ramsau am Dachstein erstmals bei den Nordischen Skiweltmeisterschaften eingesetzt und belegte die Plätze 39 auf der Groß- und 60 auf der Normalschanze. Bei den Olympischen Winterspielen 2006 in Turin führte er auf der Normalschanze nach dem ersten Durchgang, wurde aber dann nur Zehnter. Von der Großschanze belegte er Platz 17 und mit der russischen Mannschaft wurde er Achter. Seine bislang besten Ergebnisse im Weltcup waren drei zweite Plätze 2001 in Garmisch-Partenkirchen beim Neujahrsspringen, 2009 in Lillehammer und 2012 in Ruka.