Selama bekerja sebagai penasihat untuk pemerintah daerah setelah Uni Soviet ambruk, Dmitriev mendapat akses ke beragam dokumen dan arsip pada masa Stalin.
Dari dokumen-dokumen itu, Dmitriev menemukan kuburan massal pertama yang mengungkap besaran gulag dan pembunuhan massal selama era Stalinisme.
Berkat penelitiannya, dua kamp pembasmian terbesar di Rusia, Sandarmokh dan Krasny Bor, ditemukan. Dmitriev lantas diberikan tugas mengidentifikasi korban-korban serta menciptakan "prasasti informal" untuk mengenang mereka.
Dmitriev dianggap sebagai salah satu akademisi yang paling berkontribusi dalam meneliti penindasan dan pelanggaran HAM selama kekuasaan Stalin. Karya-karyanya pun banyak diakui di dalam maupun di luar Rusia.
Akan tetapi, setelah Putin berkuasa, Dmitriev vokal mengritik pemerintah dan berulang kali bandingkan pemerintah saat ini dengan Uni Soviet era Stalin.