Максиміан імператор, призначаючи Димитрія проконсула намісником у Солунь, замість померлого батька його, і не знаючи, що він таємний християнин, сказав йому: "Пильнуй батьківщину твоє і очисти його від християн, вбиваючи всіх, хто закликає ім'я Розп'ятого".
Димитрій, прибувши в Солунь, став явно сповідувати Христа Господа і поширювати св. віру. Заступив місце Максиміана (з травня 305 року) Геркулій імператор очікувався в Солуні до осені 306 року, і Димитрій, передбачивши грозу, заздалегідь доручив вірному слузі Луппі роздати маєток бідним нужденним, сказавши йому: "Роздай багатство земне, а ми пошукаємо небесного!"
Геркулій, прибувши в Солуні, став розпитувати про правителя і, дізнавшись, що він християнин, покликав його і запитав: "Справедливий чи слух про тебе?" Димитрій визнав себе християнином і негайно відведений в темницю.
З нагоди прибуття царського в Солуні відбувалися ігри борців. Якийсь борець Лій долав всіх і скидав з висоти на гострі списи. Один християнин, юнак, на ім'я Нестор, знаний Димитрію, бачачи, як Лій вбивав християн, зважився вступити в боротьбу з ним і пішов до Димитрію в темницю просити його молитви і благословення. Святий осінив його хресним знаменням і сказав: "Лія переможеш і сам постраждешь за Христа!" Перемігши Лія і низринув його на гострі списи, Нестор порушив гнів імператора і негайно був обезголовлений. Повертаючись з позорища, Геркулій дізнався, що Нестор з відома Димитрія виходив на боротьбу, а тому наказав вбити його списами. На світанку 26 жовтня 306 року воїни ввійшли до в'язниці і Димитрія, що стояв на молитві, іскололі списами. Був присутній при цьому Лупп, який взяв одяг пана свого, покрашену кров'ю, і перстень його і, закликаючи ім'я мученика, творив чудеса і зцілював хвороби. Чутка про те дійшов до царя, і Лупп був обезголовлений.
Тіло св. Димитрія було взято вірними і поховано з честю. На початку V століття хтось Леонтій, зцілення святим, спорудив на честь його чудову церкву.