По его условиям новгородцы обязались не принимать к себе родных Дмитрия Георгиевича Шемяки (лишь в 1500 г. из Литвы в Россию вернулся как служилый князь его внук Василий Иванович Шемячич). В 1616 г. захватившие Новгород шведские солдаты вскрыли гробницу Дмитрия Георгиевича Шемяки, в которой обнаружили мумифицированные останки мужчины в княжеских одеждах. Останки были ошибочно приняты за мощи князя Феодора Ярославича, скончавшегося в 1233 г. в возрасте 13–14 лет и погребённого в этом же соборе. С разрешения шведского генерала Якоба Понтуссона Делагарди Новгородский митрополит Исидор перенёс останки в придел Рождества Богородицы новгородского Софийского собора, где их поместили в каменную гробницу. Останки вновь были вскрыты в 1919 г. в ходе кампании по вскрытию мощей святых. Была зафиксирована их принадлежность «мужчине лет сорока» (в 1930 гг. их обследовал антрополог Вульф Вениаминович Гинзбург, который пришёл к тем же выводам). В октябре 1987 г. по инициативе начальника Новгородской археологической экспедиции В.Л. Янина была проведена судебно-медицинская экспертиза «останков Феодора Ярославича», в результате которой в них обнаружили следы мышьяка. По заключению В.Л. Янина, «судебно-медицинское исследование подтверждает и атрибуцию останков Дмитрию Шемяке и достоверность летописного известия о его отравлении». В настоящее время останки Дмитрия Георгиевича Шемяки пребывают в новгородском Софийском соборе (по-прежнему они отождествлены с останками Феодора Ярославича). Николай Михайлович Карамзин полагал, что Дмитрий Георгиевич Шемяка был прототипом для образа неправедного судьи Шемяки в «Повести о Шемякином суде» (вторая половина XVII в.), этого же мнения придерживался впоследствии Лев Владимирович Черепнин (1905–1977 гг.). Против данного предположения выступил И.П. Лапицкий, точка зрения которого представляется исследователям более обоснованной, поскольку прозвище Шемяка в XV–XVI вв. было весьма распространённым, в частности, его носили несколько русских князей. Изображения Дмитрия Георгиевича Шемяки представлены на миниатюрах Лицевого летописного свода 1570 гг., в частности, в рассказе о борьбе его отца князя Георгия Димитриевича с великим князем Василием II, в композициях на сюжеты: получение известия о кончине князя Георгия Димитриевича; великий князь Василий II даёт Дмитрию Георгиевичу Шемяке в удел Углич и Ржеву; Дмитрий Георгиевич Шемяка приглашает великого князя на свадьбу; Дмитрий Георгиевич Шемяка приезжает к гробу младшего брата князя Димитрия Георгиевича Красного; великий князь Василий II «возложи нелюбие» на Дмитрия Георгиевича Шемяку и «поиде на него к Угличу»; преставление и погребение Дмитрия Георгиевича Шемяку в Новгороде и др. Рядом с юным братом Дмитрий Георгиевич показан средовеком с кудрявыми волосами и короткой бородой, в беседе с великим князем – безбородым. В росписи 1883 г. центрального свода парадных сеней Исторического музея в Москве (артель Фомы Гавриловича Торопова) с композицией генеалогического древа русских государей Дмитрий Георгиевич Шемяка изображён в рост, вполоборота влево, в княжеских одеждах и шапке, со скипетром в деснице, левой рукой придерживает край плаща. Князь имеет крупные черты лица, тёмные кудрявые волосы и густую бороду средней длины.