V roce 2012 získal na letních paralympijských hrách v Londýně zlatou medaili v házení hůlkou, zlomil světový rekord a stal se prvním paralympijským zlatým medailistem pro Srbsko. Na letních paralympijských hrách 2016
, Dimitrijević získal další zlatou medaili ve stejné disciplíně s novým světovým rekordem (29,96 m).