În anul 1702, Sfântul Dimitrie, Mitropolitul Rostovului a ajuns la catedrala din Rostov și a vizitat de asemenea și Mănăstirea Sfântului Iacob. Înainte cu trei zile de moartea sa, Sfântul Dimitrie a început a slăbi foarte mult și a tuși.

Pe 26 octombrie 1709, în ziua numelui său, a săvârșit Sfânta Liturghie în Catedrala Zămislirii Preasfintei Născătoare de Dumnezeu, după care a indicat celor prezenți locul în care vrea să fie înmormântat, în partea dreaptă a catedralei, zicând: „Iată locul meu de odihnă! Aici mă voi odihni pentru veșnicie!”. Sfântul Dimitrie a trecut la cele veșnice în data de 28 octombrie 1709. După ce a fost îmbrăcat în toate veșmintele arhierești, pe care însuși le pregătise înainte de sfârșitul său, au pus în sicriu sfântul lui trup, iar sub cap, în loc de pernă, după porunca sa, diferite cărți alcătuite și scrise cu cerneală de mâna lui.

În aceeași zi a fost așezat în biserica ce se afla aproape de chilia arhierească. Auzindu-se în toată cetatea Rostovului de adormirea acestui bun păstor, s-a adunat popor mult la cinstitul lui trup, plângându-și învățătorul cel bun care-i ajuta în nevoi și în necazuri, povățuindu-i atât pe mireni cât și pe călugări și preoți. Contrar dorinței sfântului, pe care și-a exprimat-o în testamentul său, clerul și poporul din Rostov a cerut locțiitorului tronului patriarhal, Mitropolitul Ștefan Yavorsky de Riazan, să săvârșească înmormântarea în Catedrala orașului, acolo unde erau îngropați toți cei ce fuseseră mai înainte arhierei ai Rostovului. Mitropolitul Ștefan a insistat să-l îngroape pe prietenul său decedat lângă Sfântul Ioasaf, predecesorul Sfântului Dimitrie.

Cu toate acestea, mormântul nu a fost pregătit până la sosirea Mitropolitului Ștefan, chiar dacă trecuse aproximativ o lună de la moartea sfântului. La 25 noiembrie 1709, Mitropolitul Ștefan împreună cu soborul a săvârșit Sfânta Liturghie, apoi slujba înmormântării cu tot soborul, după care l-au dus în Mănăstirea Sfântului Iacov și l-au așezat în mormânt, în Catedrala Zămislirii Preasfintei Născătoare de Dumnezeu, în partea dreaptă așa cum indicase el, alături de Sfântul Ioasaf (predecesorul său).

Deoarece la sosirea Mitropolitului Ștefan, mormântul nu era încă pregătit, s-a făcut în grabă un cadru de lemn în care a fost înmormântat corpul sfântului. Acest detaliu, prevăzut prin providența lui Dumnezeu, a condus la o descoperire rapidă a Sfintelor Moaște. În anul 1752 au fost efectuate reparații la Catedrala Zămislirii Preasfintei Născătoare de Dumnezeu, iar la 21 septembrie (după aproape 43 de ani de la adormire) a fost descoperit trupul întreg și nestricat al Sfântului Dimitrie. Mormântul fusese afectat de igrasie, sicriul de stejar a putrezit, scrisul s-a șters, dar trupul sfântului, omoforul, sacosul, mitra și metanierul s-au păstrat intacte.

După descoperirea Sfintelor Moaște, s-au săvârșit multe vindecări minunate, care au fost raportate Sfântului Sinod. Acesta a trimis pe Mitropolitul Silvestru de Suzdal și pe Arhimandritul Gabriel Simonov la Rostov pentru a cerceta moaștele Sfântului Dimitrie și pentru a afla detalii despre vindecările minunate. În ziua de 29 aprilie 1757, Sfântul Sinod a emis o hotărâre prin care îl canonizează pe Sfântul Dimitrie, Mitropolitul Rostovului, trecându-l în rândul sfinților, stabilind ca zi de sărbătoare zilele de 28 octombrie (ziua adormirii sfântului) și 21 septembrie (ziua în care s-au descoperit sfintele sale moaște).