1 марта 1927 г. в Томске под председательством Димитрия открылся Томский епархиальный съезд. Димитрий охарактеризовал ситуацию с устроением высшей церковной власти как «смущающую неопределённостью»: «Ныне стало известно, что митрополит Сергий на своём посту не функционирует. В чьём лице сосредотачивается власть, в настоящую пору мне с положительной точностью не ведомо. Нет власти в смысле её проявления и в смысле возможности сношения с ней». В связи с этим Димитрий заявил о необходимости временной самостоятельности (автокефалии) епархии, основывая правомочность таких действий ссылкой на постановление патриарха Тихона и соединённого присутствия Священного Синода и ВЦС от 20 ноября 1920 г. При этом Димитрий заранее объявил, что «если постигнет меня прещение того или иного иерархического представителя церковной власти, то сочту его прещением произвола, не оправдываемого канонами». Епархиальный съезд принял решение, что до времени полного уяснения по делу об установлении высшей церковной власти в РПЦ «Томская Церковь... признаёт необходимым оставаться в своих делах самоопределяющеюся и будет находиться... в положении автокефальной (самостоятельной) Церкви». Съезд выразил полное доверие Димитрию как главе автокефальной церкви, управляющему епархией при содействии избранного на съезде епархиального совета. Одновременно было заявлено о целесообразности ходатайствовать перед гражданскими властями о разрешении учреждения Временного Сибирского церковного правления, к которому могла бы присоединиться Томская церковь. Угличский архиепископ Серафим (Самойлович), который являлся Заместителем Патриаршего Местоблюстителя во время ареста митрополита Сергия, за объявление автокефалии отстранил Димитрия от управления епархией и запретил в священнослужении. Димитрий отказался признать это распоряжение. После освобождения митрополита Сергия и его вторичного вступления в апреле 1927 г. в права Заместителя Патриаршего Местоблюстителя Димитрий вновь отказался признать его полномочия и выразил желание присоединиться к григорианскому расколу. В мае-июне прошедшие в Томске и Барнауле съезды представителей священнослужителей и мирян приняли решение о признании власти ВВЦС. Последствия григорианского раскола в Томской епархии ввиду авторитета и влияния Димитрия, а также известности в Томске архиепископа Григория, который был там раньше ректором духовной семинарии, проявились в большей степени, чем в других регионах Сибири. За Димитрием пошло больше половины приходов и священнослужителей епархии. 19 марта 1928 г. на съезде признавшего ВВЦС духовенства сибирских епархий Димитрий был избран «митрополитом Сибирским». После закрытия в 1930 г. томского Троицкого собора служил в Благовещенском соборе. Димитрий скончался вне общения с канонической церковью и был похоронен вблизи алтаря Благовещенской церкви. В 1934 г., после решения властей о сносе и этого храма, его останки перезахоронили на Преображенском кладбище Томска, а после ликвидации этого кладбища – на городском Южном кладбище.