Тем не менее не совсем ясно, что же именно побудило Сталина расправиться с Дмитриевым, несмотря на явное покровительство последнему со стороны наркома внутренних дел.
Нельзя исключить того, что Дмитрий Матвеевич на свою беду оказался той фигурой, пожертвовать которой было необходимо Ежову для демонстрации лояльности Вождю. К этому времени в отношении Сталина к Ежову уже наметилось явное охлаждение, в начале июня 1938 г. Иосиф Виссарионович даже поинтересовался у наркома внутренних дел, доверяет ли тот собственной жене, Евгении Соломоновне Хаютиной-Ежовой? Разговор этот поверг безжалостного наркома в настоящую панику, он предположил, что у Сталина появились сомнения в его политической надежности. Волнение Ежова оказалось столь сильным, что он даже обсудил с супругой возможность развода. Правда, затем он от этой мысли отказался, но разговор со Сталиным, разумеется, забыть не мог. Поэтому когда в конце июня зашел разговор о ситуации в Свердловской области и обвинениях в адрес Дмитриева, защищать его Ежов не стал. Утром 26 июня он вызвал начальника ГУШОСДОР к себе для доклада, а когда Дмитриев явился, в приемной его встретила группа задержания.
Зная, как работают мастера заплечных дел с Лубянки, Дмитрий Матвеевич сразу стал сотрудничать со следствием и дал все показания, которые от него ожидали. Сознался в шпионской и террористической деятельности; надеясь максимально оттянуть час расплаты, согласился стать внутрикамерным осведомителем. Его подсаживали в камеры к самым важным для НКВД арестантам, дабы эрудированный и разговорчивый Дмитриев побуждал сокамерников «разоружиться» и прекратить запирательство.
Свою стратегию выживания Дмитрий Матвеевич, по-видимому, строил на том, что в какой-то момент его сотрудничество будет оценено должным образом и он получит шанс если не на полное оправдание, то хотя бы на смягчение приговора. План был отнюдь не плох, из ставших ныне известными документов видно, что активной провокаторской деятельностью многие осужденные на смертную казнь не раз отводили от себя смерть. Яркий тому пример – судьба Михаила Ивановича Баранова, начальника Санитарного управления РККА в период с октября 1928 по август 1937 г. После ареста и скоротечного следствия его пять раз включали в расстрельные списки, утверждавшиеся членами Политбюро, но Баранов оставался жив, поскольку оказался весьма результативным внутрикамерным осведомителем (лишь после того, как его в пятый раз приговорили в марте 1938 г. к высшей мере наказания, Баранов был, наконец-таки, расстрелян). Дмитриев, занимая пост начальника УНКВД по Свердловской области, лично дважды сохранял жизнь приговоренному к расстрелу ценному агенту Ельковичу, редактору областной газеты «Колхозный путь», выдавшему более 140 человек. Несмотря на двукратное осуждение на смертную казнь, Дмитриев спасал Ельковичу жизнь и даже распорядился выплачивать ценному агенту деньги, дабы тот мог покупать вещи и продукты питания на воле. По иронии судьбы Елькович пережил своего благодетеля Дмитриева, дождался замены высшей меры наказания тюремным заключением и в конечном счете дожил до реабилитации.