Under Ivan IIIs sønn Jurij Ivanovitsj (1503–1533) begynte Dmitrovs «gullalder». Det var under hans styre at den svart-kuplede Maria Himmelfart-katedralen i byens kreml og den mindre klosterkatedralen Boris og Gleb ble bygget. Byen havnet deretter under Jurijs bror, Andrej av Staritsa. I 1569 ble den tatt fra Vladimir av Staritsa og lagt under opritsjnina, og gikk etter dette inn i en periode med tilbakegang. Byen ble ytterligere rammet i Russlands urolige tider, da den ble plyndret av polakkene.