Після закінчення навчання в 1995 році вступив до Хмельницьке командне артилерійське училище де й закінчив у 2000 році артилериста-ракетника, його направили в Хмельницький, де він пройшов службу до командира ракетного дивізіону[1]19-ї ракетної бригади «Свята Варвара».
Був учасником АТО та ООС.
З перших днів російського вторгнення в Україну 2022 року підполковник Дмитро Васильєв уміло керував ракетним дивізіоном, який завдав точних ударів по колоні противника біля населеного пункту Чонгар. Унаслідок цього удару було знищено до сотні одиниць техніки та особового складу ворога. З 24 лютого до 18 березня ракетний дивізіон під керівництвом Дмитра Васильєва завдавав ударів по скупченню військ противника біля населених пунктів Василівка, Токмак, Мелітополь, Пологи, Гуляйполе, Кам'янка, Дніпрорудне, Бердянськ, Велика Білозерка, знищуючи значну кількість сил і засобів окупантів. 18 березня Дмитро Васильєв разом із підрозділом потрапив під обстріл у Запорізькій області та загинув наступного дня внаслідок важких поранень[2].
Рішенням позачергової шістнадцятої сесії Хмельницької міської ради № 22 від 28 квітня 2022 року вулицю Попова у мікрорайоні Ракове перейменовано на вулицю Героя України Дмитра Васильєва[3][4].
Рішенням Первомайської міської ради № 4 від 29.08.2024 року присвоєне звання «Почесний громадянин міста Первомайська».[9]
Нагороди
звання Герой України з удостоєнням ордена «Золота Зірка» (13 квітня 2022, посмертно) — за особисту мужність, вагомий внесок у захист державного суверенітету та територіальної цілісності України[1][10]
орден Богдана Хмельницького II ст. (22 березня 2022, посмертно) — за особисту мужність і самовіддані дії, виявлені у захисті державного суверенітету та територіальної цілісності України, вірність військовій присязі[11]
орден Богдана Хмельницького III ст. (12 жовтня 2017) — за вагомий особистий внесок у зміцнення обороноздатності Української держави, мужність, самовідданість і високий професіоналізм, виявлені під час бойових дій, зразкове виконання службових обов'язків[12]
