W czasie I wojny światowej należał do przeciwników zaangażowania Bułgarii w działania wojenne.
W 1919 objął kierownictwo resortu spraw wewnętrznych i zdrowia publicznego w gabinecie Aleksandra Stambolijskiego. Na przełomie 1919/1920 zajmował się tłumieniem strajku kolejarzy i pocztowców. W 1921 objął kierownictwo resortu wojny. Aby złagodzić konflikty Bułgarii z Królestwem SHS i Grecją podjął działania zmierzające do ograniczenia aktywności oddziałów macedońskich na pograniczu.
Zamach i śmierć 22 października 1921 Dimitrow został zamordowany na rozkaz przywódcy WMORO Todora Aleksandrowa. Minister wyjechał z Sofii samochodem służbowym do Gornej Koznicy wspólnie z bratankiem i czeskim przedsiębiorcą. W odległości 17 km od Kiustendiłu samochód zaatakował oddział Iwana Byrły. Po wybuchu bomby samochód zjechał na pobocze, próbujący się bronić Dimitrow został zastrzelony, a następnie martwe już ciało zmasakrowano nożami. Zginęli także towarzysze podróży Dimitrowa.