اهتمامه بالإيمان المستقيم كان ديمتريوس شابًا مسيحيًا تقيًا من أهل مدينة تسالونيكي في زمن الملك مكسيميانوس. وقد حصل على علوم كثيرة، وبالأكثر علوم الكنيسة الأرثوذكسية. وكان يعلم دائمًا وينذر باسم السيد المسيح، فردّ كثيرين إلى الإيمان به. قوة علامة الصليب وشوا به لدى الملك مكسيميانوس فأمر بإحضاره. واتفق عند حضوره أن كان عند الملك رجل مصارع قوي الجسم ضخم التكوين فاق أهل زمانه بقوته، وكان الملك يحبه ويفتخر به حتى خصص أموالاً طائلة جائزة لمن يغلبه. وقد ألزموا رجلاً مسيحيًا يسمى نسطور من الحاضرين في ذلك الوقت أن ينازله، فطلب إلى القديس ديمتريوس أن يصلي من أجله ويصلب بيده المقدسة على جسمه. فصلى عليه القديس ورسمه بعلامة الصليب المقدس الذي لا يُغلب كل من اعتمد عليه، ومن ثم تقدم لمصارعة ذلك القوي الذي يعتز به الملك. ولما صارعه أُعطيَ قوة فانتصر على رجل الملك.

استشهاده اغتم الملك وخجل وتعجب كيف تغلّب نسطور عليه، وسأل الجند عن ذلك فاعلموه أن رجلاً يدعى ديمتريوس صلّى عليه وصلّب على وجهه. غضب الملك على نسطور، وأمر بضربه إلى أن يبخر لآلهته ويسجد لها. ولما لم يطعه أمر بطعنه بالحراب حتى يتمزق جسمه ويموت. فأعلموا القديس ديمتريوس بذلك، قاصدين تخويفه لعله ينثني عن الإيمان بالمسيح ويسجد للأصنام. فقال لهم: اعملوا ما شئتم فإنني لا اسجد ولا أبخر إلا لربي يسوع الإله الحق. فضربه الجند بالحراب إلى أن اسلم روحه الطاهرة بيد الرب. لما طُرح جثمانه المقدس أخذه بعض المسيحيين ووضعوه في جرن من الرخام. وظل مخفيًا إلى أن انقضى زمن الاضطهاد، فأظهره الذي كان موضوعًا عنده. وبُنيت له كنيسة كبيرة بتسالونيكي ووضعوا جسده فيها. وكانت تجرى باسمه عجائب كثيرة ويسيل منه كل يوم دهن طيب فيه شفاء لمن يأخذه بإيمان وخاصة في يوم عيده، فإنه في ذلك اليوم يسيل منه أكثر من كل يوم آخر، إذ يسيل من حيطان الكنيسة ومن الأعمدة، ومع كثرة المجتمعين فإنهم جميعًا يحصلون عليه بما يمسحونه من على الحيطان ويضعونه في أوعيتهم.