С октября 1928 г. Димитрий начал совершать хиротонии епископов для других епархий, в частности 2 октября вместе с епископом Сергием (Дружининым) хиротонисал во епископа Серпуховского Максима (Жижиленко). Митрополит Иосиф направлял обращавшихся к нему своих сторонников из разных мест к Димитрию с просьбами решить их вопросы. В то же время Димитрий поддерживал постоянную связь с митрополитом Иосифом, ставил его в известность по всем важным делам, испрашивая советы и руководства. 7 января 1929 г. митрополит Иосиф возвёл Димитрия в сан архиепископа. В мае 1929 г. Димитрий возглавил отпевание в соборе Воскресения протоиерея Феодора Константиновича Андреева, похороны которого превратились в многолюдную процессию. Одним из центров иосифлянства стала церковь во имя св. Алексия, митрополита Московского, в посёлке Тайцы Ленинградской области. Димитрий любил служить в храме в Тайцах, а дом его настоятеля священника Петра Ивановича Белавского фактически стал постоянной резиденцией архиерея. 29 ноября 1929 г. в этом доме Димитрий был арестован. По одному с ним делу проходили 44 человека, в том числе 23 священнослужителя. Димитрий обвинялся в том, что «являясь организатором и главой центра контрреволюционной организации церковников, имеющей себя «иосифлянами», после объединения под своим управлением всех однородных «иосифлянских» групп в других городах Советского Союза, осуществлял непосредственное руководство контрреволюционной деятельностью членов организации, вёл контрреволюционную агитацию, направленную к подрыву и свержению советской власти». 3 августа 1930 г. приговорён Коллегией ОГПУ к высшей мере наказания – расстрелу с заменой ввиду преклонного возраста на десять лет исправительно-трудовых лагерей. До ноября 1930 г. отбывал срок на Соловках, затем был перемещён в Москву по новому делу «Всесоюзной контрреволюционной монархической организации церковников “Истинно-Православная Церковь”», по которому проходил вместе с митрополитом Иосифом (Петровых), епископом Алексием (Буем), Алексеем Фёдоровичем Лосевым, другими священнослужителями и мирянами. Находился в Бутырской тюрьме. Его обвинили в том, что он «являлся заместителем митрополита Иосифа Петровых по руководству церковно-административным центром Всесоюзной контрреволюционной организации “Истинно-Православная Церковь”». На допросах, касаясь вопроса о прокламациях, составленных своими сторонниками, Димитрий указывал, что «лично не сочувствовал увлечению составителей в сторону политического момента и, обычно, советовал выбросить места такого рода из показываемых мне документов». В то же время не скрывал своей убеждённости в том, что «Церковь не может быть лояльной к власти, которая её гонит, а советская власть, по моему разумению, именно гонит Церковь». 3 сентября 1931 г. приговорён Коллегией ОГПУ к десяти годам заключения в местах лишения свободы. Содержался в ярославской тюрьме особого назначения, где и скончался. В 1981 г. Димитрий был канонизирован Русской православной церковью за границей.