Op de Paralympische Zomerspelen van 2012 in Londen won hij een gouden medaille in stokgooi, brak een wereldrecord en werd de eerste Paralympische gouden medaillewinnaar voor Servië. Bij de Paralympische Zomerspelen 2016
, Dimitrijević won nog een gouden medaille in hetzelfde evenement met een nieuw wereldrecord (29.96 m).