Tradiţia spune că, înainte de a muri, s-a aşezat între două lespezi de piatră, ca într-un sicriu, fiind acoperit în timp de apele râului. Moaştele au rămas multă vreme sub ape, până când o copilă care pătimea de duh necurat a avut un vis. Fetei i s-a arătat Dimitrie, care i-a spus: "Dacă părinţii tăi mă vor scoate din apă, te voi tămădui". Părinţii au mers la locul indicat, lângă râul Lom şi au găsit trupul neputrezit al sfântului, între două pietre.
Moaştele cuviosului au fost aşezate în biserica din Basarabi. Mai târziu, domnul Ţării Româneşti a plătit o sumă mare de bani pentru aducerea moaştelor Cuviosului Dimitrie în Bucureşti. Cortegiul nu a reuşit să intre în oraş, deoarece caii nu au vrut să mai meargă. De aceea, au tras la sorţi pentru a se stabili drumul pe care vor merge cu moaştele Sf. Dimitrie. La sorţi a căzut drumul spre Basarabi, şi astfel moaştele au fost reaşezate în biserica din Basarabi. Au stat acolo până la Războiul ruso-turc (1768-1774) când generalul Petru Salticov, trecând prin satul Basarabi, a luat moaştele cu intenţia de a le trimite în Rusia. Însă, la rugămintea lui Hagi Dimitrie, negustor de origine macedoromână, precum şi a Mitropolitului Grigorie II al Ţării Româneşti, le-a dăruit poporului român. Moaştele au fost aşezate cu mare cinste, în iunie 1774, în actuala Catedrală patriarhală din Bucureşti.
