На своей новой епархии святитель столкнулся со многими трудностями и церковными нестроениями. Прежде всего, его поразило невежество местного духовенства. «Окаянное наше время! — говорил он в одной из своих проповедей. — Окаянное время, в которое так пренебреженно сеяние слова Божия, и не знаю, кого прежде надобно винить, сеятелей или землю, священников или сердца человеческие или тех и других вместе? Сеятель не сеет, а земля не принимает, иереи не брегут, а люди заблуждаются; иереи не учат, а люди невежествуют; иереи слова Божия не проповедуют, а люди не слушают и слушать не хотят. С обеих сторон худо: иереи глупы, а люди неразумны!» Святитель ужасается тем, что даже жены и дети священников не принимают причащения: «О окаянные иереи, не радящие о своем доме! Как могут радеть о Святой церкви люди, домашних своих к святому причащению не приводящие?» Иные священники не знают даже наименования Святых даров и хранят их в небрежении. Святителю приходится увещевать священников не раскрывать тайну исповеди. (При том, что царь Петр прямо указывал доносить властям об антиправительственных настроениях, обнаруженных на исповеди.)

Святитель направил несколько грозных посланий к подведомственным ему иереям, однако никого не наказал, не лишил сана, не послал в монастырь на покаяние, как это было принято в России. Более того, вопреки сопротивлению властей, он своей властью отменил обычай постригать в монахи овдовевших священников. Святитель искал другие пути к исправлению нравов в среде духовенства своей епархии (и, шире, всей России).

Наиболее действенным средством для искоренения недостатков, по его мнению, могло стать обучение и воспитание нового поколения священнослужителей. Святой открывает в Ростове первое духовное училище при архиерейском доме.

Занятия в училище начались 1 сентября 1702 года. Из 200 учеников большинство были детьми священников, но имелись и выходцы из других сословий (что можно признать исключительным для того времени). Учителями стали украинцы, специально выписанные Димитрием. Святитель сумел выхлопотать из казны жалование для учителей; кроме того, ему было разрешено продать из архиерейской казны меха и употребить вырученные деньги на школу. Такое разрешение было получить довольно сложно: после смерти патриарха Адриана и упразднения патриаршества (1700 год) всеми делами, связанными с церковными имуществами, ведал Монастырский приказ; его руководство во главе с И. А. Мусиным-Пушкиным стремилось выдавить из Церкви на нужды страны все денежные средства до копейки. Митрополит Димитрий на свои деньги купил учебники, два глобуса, карты. Обучение было бесплатным; более того, неимущим, обучающимся «русской грамоте», доплачивали по деньге в день.

Школьный курс был рассчитан на три года и включал в себя, прежде всего, изучение языков — русского, греческого, латинского, а также риторики. Основное внимание Димитрий уделял изучению греческого языка, который называл «началом и источником всему любомудрию». Святитель с исключительной заботой относился к этому своему детищу: он лично посещал занятия, принимал экзамены; в случае отсутствия или болезни учителя заменял его. В свободное от основных своих занятий время святитель собирал наиболее способных учеников и беседовал с ними, обсуждая тот или иной предмет, толкуя им ту или иную книгу Священного писания. Летом наиболее прилежные ученики жили вместе с ним в архиерейском селе Демьяны, близ Ростова. Из своего кармана Димитрий выплачивал небольшие стипендии — по грошу или по алтыну. Вишни, яблоки, груши из архиерейских садов также шли на стол ученикам. Святитель также заботился о нравственности учащихся: в воскресные и праздничные дни они должны были выстаивать службу в соборной церкви и обязательно подходить под благословение к святителю, чтобы тем самым дать знать о своем присутствии; строго соблюдались все посты. Святитель сам исповедовал их и приобщал Святых Таин. Закончившим курс давались места при церквах.

Однако лишь один полный курс был выпущен из архиерейского училища. Весной 1706 года школа была закрыта — вопреки желанию митрополита и к вящему его огорчению. Горькие строки писал впоследствии святитель Димитрий новгородскому митрополиту Иову, такому же великому радетелю просвещения, как и он сам: «Я, грешный, пришедши на престол ростовской паствы, завел было училище греческое и латинское, ученики поучились года два и больше и уже начинали было грамматику разуметь недурно; но, попущением Божиим, скудость архиерейского дома положила препятствие, питающий нас (речь о главе Монастырского приказа И. А. Мусине-Пушкине. — Авт.) вознегодовал, будто много издерживается на учителей и учеников, и отнято все, чем дому архиерейскому питаться, не только отчины, но и церковные дани и венечные памяти. Умалчиваю о прочих поведениях наших. Sat sapienti». Два последних латинских слова означают: «Умному достаточно». И, действительно, митрополит Иов вполне разделял его тревоги и огорчения. Закрытие училища явилось лишь одним из следствий жесткого экономического и духовного давления государства на Церковь в годы петровских преобразований.

Димитрий прославлял царя как великого защитника Отечества, как просветителя народа, распахнувшего для него двери европейской культуры. Но при этом он одобрял далеко не все его нововведения. В 1706 году митрополит Димитрий, что называется, «в очередь», проповедовал в Москве, перед царем. Иные из его обличений Петр вполне мог принять и на свой счет. «Нынешних времен некоторые господа, — вещал святитель с амвона, — стыждаются в домах своих поставляти икону Христову или Богородичну, но уже некия безстыдныя поставляются изображения Венеры или Дианы, или прочих ветхих кумиров, или и новых». А ведь известно было, что Петр питал любовь к античным изваяниям, привезенным им из Европы. Осудил Димитрий и отмену поста в действующей армии по специальному указу Петра: «Гедеоново воинство, и постясь, победило мадианитян», — приводил он библейскую параллель.

Но главным делом святителя по-прежнему оставалось составление Житий святых. 9 февраля 1705 года в Ростове им был закончен последний, четвертый том за июнь — август. «В лето от воплощение Бога Слова 1705-е, месяца февруариа, в 9-й день, на память святаго мученика Никифора, сказуемаго победоносца, в отдание праздника Сретения Господня, изрекшу святому Симеону Богоприимцу свое моление: ныне отпущаеши раба твоего, владыко, в день страданий Господних пятничный, в он же на кресте рече Христос: совершишася, — пред субботою поминовения усопших и пред неделею страшнаго суда, помощию Божиею и Пречистыя Богоматере и всех святых молитвами месяц август написася. Аминь», — такую торжествующую запись сделал сам Димитрий. В том же году четвертый том Четьих Миней был напечатан в типографии Киево-Печерской лавры.

Двадцать лет жизни отдал Димитрий этой работе, начатой им в бытность иноком Киево-Печерского монастыря и законченной в сане митрополита Ростовского. И составленные им Четьи Минеи стали подлинным памятником ростовскому архиерею. Они надолго сделались любимым чтением русских людей и, по словам протоиерея Александра Державина, явились «одной из тех книг, по которым вырабатывались своеобразные духовные особенности русского православного человека». Именно Четьи Минеи Димитрия Ростовского легли в основу Синодального издания Четьих Миней, которые впервые вышли в свет в 1759 году и впоследствии многократно переиздавались. На их основе в начале XX века было выпущено многотомное издание Житий святых в переводе на современный русский язык; оно переиздается и поныне.

Во время своего служения в Ростове святитель совершал многочисленные поездки по епархии, что было делом не вполне обычным для того времени. Не раз он ездил в Ярославль — второй по значимости город епархии. Ростовский летописец приводит поразительный факт: как-то митрополит за сутки прошел расстояние от Ростова до Ярославля (больше пятидесяти километров), отслужил обедню и тут же пешком отправился в обратный путь. Святителю часто приходилось разговаривать с людьми, многие из которых далеко не готовы были принимать петровские преобразования. Так, однажды в Ярославле к святителю подошли двое неизвестных ему людей и спросили: «Владыко святый, как ты повелишь? Велят нам бороды брить по указу государеву, а мы готовы головы наши за бороды положить». Святитель несколько удивился вопросу и в свою очередь спросил бородачей: «Что отрастет — голова ли отсеченная или борода обритая?» Те, помолчав, отвечали, что борода отрастет, а голова нет. «Так и вам лучше не пощадить бороды, которая, десять раз обритая, отрастет, чем потерять голову, которая, раз отсеченная, уже не отрастет никогда, разве в общее для всех воскресение из мертвых», — отвечал Димитрий. Однако когда он пришел в свою келью, разговор этот возобновился с другими недовольными указом Петра об обязательном брадобритии; многие полагали, что, обрив бороду, потеряют образ и подобие Божие. Митрополит должен был увещевать их, что образ Божий и подобие не в лице человеческом состоят, но в невидимой душе. Впоследствии он написал особое рассуждение «Об образе Божии и подобии в человеце», которое несколько раз было напечатано по повелению Петра I.

Еще больше огорчений доставляли святителю споры со старообрядцами, с которыми он впервые столкнулся в Ростовской епархии. Результатом борьбы с раскольниками стала книга «Розыск о брынской вере» (по названию Брынских лесов, в которых укрывались многие из главных учителей раскола), написанная святителем уже в последние годы жизни (книга эта была завершена в 1709 году). Обличение раскола святым Димитрием было настолько резким, что впоследствии старообрядцы ставили его имя рядом с именем патриарха Никона.

«Розыск о брынской вере» — не единственная книга, задуманная Димитрием в Ростове, но единственная доведенная им до конца. Так, для того, чтобы заняться ею, ему пришлось отложить работу над составлением «Летописи, сказующей деяния от начала мира бытия до Рождества Христова» (известной также как «Летописец келейный»). Летопись должна была представлять собой краткую церковно-библейскую историю и предназначалась для людей, не имевших Библии, которая в России была доступна лишь немногим. «Помню, что в нашей малороссийской стороне, — писал сам Димитрий, — трудно сыскать Библию славянскую и редко кто из духовенства знает порядок историй библейских, что когда происходило: для того я бы хотел издать здесь краткую библейскую историю, книжицу не очень большую, чтоб всякий мог дешево купить». Работа, однако, была доведена лишь до 4600 года от Сотворения мира. (По принятой в то время хронологии, Сотворение мира и Рождество Христово разделяли 5508 лет.) Намеревался святитель составить также сочинение о святых и святынях Ростова, а также толкование к Псалтири. Однако расстроенное здоровье мешало ему закончить все эти произведения. «Рада душа в рай, грехи не пускают, — писал он с присущим ему мягким, с оттенком грусти, юмором. — Рад писать — здоровье худо. Чего мне, бессильному, надеяться? Страх смерти напал на меня. А дело летописное как останется? Будет ли охотник приняться за него и довершить? Не жаль мне ничего, да и нечего жалеть: богатства не брал, денег не накопил, одного мне жаль, что начатое книгописание далеко до совершения».

Пост, молитва, христианское смирение, нищелюбие, милостыня, готовность заступиться за обиженных — все эти христианские добродетели были в полной мере присущи святому Димитрию в течение всей его жизни. Однажды, когда святитель служил литургию в ростовском соборе, в церковь донеслись крики некоего несчастного, которого пытали на площади. Димитрий послал к воеводе, стоявшему в храме, с просьбой прекратить истязание. Тот отказал — и тогда святитель ушел из церкви, прервав богослужение.

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.

В тот же день тело было перенесено в домовую церковь и положено в гроб. По завещанию святителя, гроб выстлали его черновыми бумагами. Святой не оставил после себя никакого имущества, только рукописи и книги. 30 октября тело с подобающими почестями перенесли в соборную церковь города Ростова. Множество людей приходило проститься с угодником Божиим. Вскоре прибыл митрополит Рязанский Стефан Яворский, местоблюститель патриаршего престола, давний друг митрополита Димитрия, тоже украинец. Как и было уговорено между ними, Стефан предал земле тело святителя Димитрия в Спас-Иаковлевском Ростовском монастыре. Это случилось 25 ноября. Произнося надгробное слово, Стефан несколько раз воскликнул: «Свят, Димитрий, свят!» В стихах, написанных им на кончину Димитрия Ростовского, в частности, говорилось:

Мощи святителя Димитрия почивали под спудом и были обретены в 1752 году, когда начали разбирать ветхий пол храма. Тогда же у гроба стали совершаться многочисленные исцеления. 22 апреля 1757 года святитель Димитрий был причтен к лику святых. По поручению Священного Синода Арсений, митрополит Ростовский, написал его жизнеописание; служба святому Димитрию составлена Амвросием, епископом Переяславским, впоследствии архиепископом Московским.