О себе же святитель отзывался всегда с великим смирением и нарочитым пренебрежением. Вот, например, его слова из письма к другу, иноку Феологу, справщику Печатного двора в Москве: «Несмь таков, якова же любовь твоя непшует (разумеет. — Авт.) мя быти. Несмь благонравен, но злонравен, обычаев худых исполнен и в разуме далече отстою от разумных; буй (дерзок, неразумен. — Авт.) есмь и невежа; а светение мое есть едина тьма и прах. Молю же братскую твою любовь помолитися о мне Господу, свету моему, да просветит мою тьму, и изыдет честное от недостойнаго».

В октябре 1709 года болезнь святого обострилась. Он тяжело страдал, особенно от кашля. 26 октября, в день своего тезоименитства, святитель сам отслужил литургию в соборе, но проповедь говорить уже не мог; ее прочитал один из певчих. За обеденным столом Димитрий сидел с гостями, хотя чувствовал себя совсем плохо.

Сохранилось письмо святителя Димитрия, датированное 27 октября 1709 года. Старец не столько жалуется на болезнь, сколько рассказывает о своих недугах и даже отчасти пытается шутить. «Аз же изнемогаю. Прежде бывало мое здравие пополам: полуздрав и полунедужен. А ныне недугование превозмогает, и едва доля здравия остается, обаче будто мужаюся и движуся о Господе моем, в Его же руку живот мой. Дела ныне никакого не делаю: до чего не примусь, все из рук падает; дни мне стали темны, очи мало видят, в нощи свет свещный мало способствует, паче же вредит, егда долго в письмо смотрюся, а недугование заставляет лежать и стонать».

В этот день, 27 октября, святитель посетил инокиню Варсонофию Козицкую — кормилицу царевича Алексея, которую он сам постригал в монахини; обратный путь оказался так труден для него, что святой едва мог дойти до своей кельи. Вечером, чтобы облегчить кашель, он стал ходить по келье, и его вынуждены были поддерживать за руки два служителя. Он позвал к себе певчих, и те начали петь духовные песни, в том числе и сочиненные им самим:

Затем Димитрий отпустил певчих, оставив лишь одного из них, Савву Яковлева, более других любимого им за усердие в переписывании его сочинений. Святитель начал рассказывать ему о своей жизни — о юности, о том, что с ним происходило в зрелые годы, а затем, отпустив, благословил и при прощании поклонился едва ли не до земли. «Мне ли, владыко святый, последнейшему рабу твоему, ты так кланяешься?» — со страхом и благоговением спросил певчий. Димитрий же вновь повторил с кротостью: «Благодарю тебя, чадо». Певчий заплакал и удалился. После этого святитель приказал служителям разойтись, а сам наедине стал возносить молитвы к Богу. На утро следующего дня, 28 октября, служители, войдя в келью, нашли его мертвым. Он скончался во время молитвы, на коленях.