Сезон 2010/11 закончил в числе лидеров по набранным очкам и стал обладателем бронзовой медали чемпионата. По его окончании был включён в заявку на Мировую лигу тренером сборной России Владимиром Алекно и дебютировал в составе национальной команды 27 мая в Уфе во встрече со сборной Японии. Дмитрий Ильиных принял участие в 13 матчах турнира, завершившегося победой сборной России, и набрал в них 50 очков.