V roce 2012 vyhrál na 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 vyhrál další zlatou medaili ve stejné disciplíně s novým světovým rekordem (29,96 m).