德米特里的特工经历是举世无双的，他能够在美国特工部门毫无察觉的情况下，渗透到美国原子能机密设施内，而这个设施在美国也只有少数高层官员和为数不多的科学家及技术专家才知道。
这家军工厂在当时属于世界第一个也是唯一一个生产用于制造原子弹所必不可少的重要元素——铀和钚的工厂。因此，有关这家工厂的一切信息和资料在美国都属最高国家机密和军事机密。
1938年初，苏联侦察局开始策划搜集美国核机密的计划。当时，苏联政府已经隐约地察觉到美国在搞原子弹，但美国人究竟使用什么东西来制造原子弹、在哪里研制和生产、进展如何以及将来它的威力有多大，苏方对此不甚了解。于是，苏联向美国派出了一位化名“阿杜尔·阿达姆斯”的特工，专门搜集这方面的情报。由于进展不顺，加之这位经验丰富的老特工涉嫌“与国内托洛茨基分子保持联系”，在苏联内务人民委员部的高压下被从美国召回国内。为继续搜集核情报，此后苏军情报部门开始物色替代“阿达姆斯”的人选，并为新的人选取化名为“德尔玛”。
“德尔玛”的热门候选人有好几个，最后，德米特里被苏军侦察部门的考官看中。当时是1939年，德米特里以优异的成绩从莫斯科某技术学院毕业，并被保送读研究生。同自己的许多同学一样，有一天，德米特里收到了一张通知书。第二天，德米特里作为应征入伍青年来到区兵役局，准备检查身体参加苏联红军。
在兵役局的考场里，苏军侦察机关的代表接见了德米特里。了解了他的基本情况后，考核军官对他产生了浓厚的兴趣，因为他1915年出生在美国的一个来自俄罗斯的移民家庭，通晓英语，熟谙美国生活。
苏军侦察机关觉得德米特里是个可塑之材，可以把他训练成一个出色的特工人员。侦察机关的想法与德米特里的个人计划一拍即合。在与侦察机关代表的第一次谈话中，德米特里就表示愿意到这个全新的但又是未知的部门去工作。但德米特里的妻子坚决反对，然而又无法说服他，后来只好同意。
1939年年初，德米特里来到美国，加入美军部队单线执行“德尔玛”计划，并化名为“德尔玛”。他的任务是搜集美国科研实验室研制化学辐射物质的情况。当时，在研制化学武器方面美国人走在了德国人的前面，并取得了不小的成果。
1943年，发生了一件改变德米特里命运的事件。同其他许多美国人一样，德米特里被要求到美军部队服役。最后他服役的地点不是野战部队，而是科研机构。他因此而松了一口气，这对德米特里来说无疑是最好的机会。不仅如此，德米特里和苏军侦察机关还获得了意外收获——他被选送进修。这次进修实际上是一个集训班，学员都是当时在美国生产放射性物质企业工作的年轻技术骨干。德米特里所在的集训班里有30多人，他们当中的一些人在“二战”后成为美国著名的科学家，其他人则成为美国重要公司的资深分析专家。
1944年8月，德米特里顺利地从集训班毕业，之后被分配到美国田纳西州橡树岭的一家秘密单位工作，担任一家生产辐射材料工厂的技术员，他们所生产的这种放射性材料是用于研制原子弹的。
德米特里在后来被称为橡树岭的小城里看到的一切让他大为震惊，里面有数万名科学家、工程师、技术人员、警察、联邦安全局特工和军事情报部门的特工在工作。这个城市简直就是一个禁区，进出这个城市要经过多道严格的检查。城市当时并没有名称，在地图上也没有标识，只是对外以代号“×××公司”宣称。实际上这个“公司”的技术人员从事的是研制用于制造原子弹的重要元素——铀。
1943年，苏联军事情报部门得知，美国在洛杉矶和芝加哥两个城市开办了核研究实验室，但对橡树岭的情况一无所知。德米特里的情报非常重要，苏联军事情报部门据此掌握了这个被美国人隐蔽多年的原子能城的具体位置。
后来根据德米特里的进一步报告，得知橡树岭生产铀，而生产企业分为3个实验室。德米特里所在的企业大约有1500人。
1945年初，德米特里转到另一个实验室工作，这个实验室主要是完成美国核计划的一项单独研究任务。与此同时，德米特里也获得提升，新的职务使他具有了接触更多资料、掌握更多情报的机会。
在新的实验室里工作的都是著名的科学家，根据看到的情况，德米特里判断美国研制原子弹的工作已经接近尾声。德米特里立即将自己工作的变动及判断向莫斯科总部做了报告。
德米特里的主要贡献就是摸清了美国的原子能设施、结构、核材料生产量、参加的专家人数情况，并与美国其他秘密原子能计划及相关单位保持联系。美国的实验室对“德尔玛”很信任。
美国用原子弹轰炸日本的广岛和长崎之后，德米特里所在的这家美国实验室举行了庆祝活动，实验室主任对大家说：“你们作出了历史性的巨大贡献。”之后，这家实验室准备选派专家到日本察看轰炸效果，德米特里也被选中，但后来考察计划因故取消，德米特里未能到日本亲眼看看美国原子弹的威力。
1945年9月，第二次世界大战结束后，德米特里很快就从美军中退役了，他想乘机离开这个城市。因为美国和加拿大的一些报纸披露说在美国潜伏着一些外国“核间谍”，实验室开始对所有的研究员进行重新审查。
事实正如德米特里所料，后来，美国反间谍机关查清德米特里曾在1933年与自己的父母回到苏联定居，并在相当长的时间内没有返回美国。当德米特里回到美国后一直在重要的秘密部门工作，于是从他离开橡树岭之后，美国间谍部门就开始调查他，1949～1951年他们对所有在橡树岭实验室与德米特里熟悉的人都进行了审查。他们还找到德米特里的父亲原来曾经居住过的城市的邻居进行了谈话。他们试图搞清楚1933年究竟是哪一个德米特里返回苏联定居，而后又是哪一个德米特里到美国的橡树岭秘密实验室工作，两人究竟是不是同一个人。
1949年，德米特里离开美国。1949年6月，苏军总参谋部第二总局局长扎哈罗夫大将签发了一份涉及德米特里命运的命令和他在军事侦察机关工作的命令——让德米特里在军事侦察机关工作，命令指出：“列兵德米特里，1915年出生，按列兵军衔从武装力量中复员。”
不久，德米特里回到自己的莫斯科母校读研究生，两年后，他获得技术科学副博士学位。但是，德米特里在毕业分配问题上却意外地遇到了麻烦，没有一所大学的科研机构和工厂愿意接收他，因为“他的专业太偏了”。
后来他才知道，真正的原因是，有些当官的对他的简历不理解：从1939年到1949年的10年间，德米特里在苏联红军服役，最后却是以列兵的军衔退出现役。德米特里知道自己不能对那些谨小慎微的官员说出他以前是干什么工作的，不能说出自己受过高等教育，不能说出自己为什么服役那么长时间竟然在最后退役时没有戴上哪怕是少尉的军衔，而且只得到一枚奖章。
1953年3月，这位好几年没有被分配工作的技术科学副博士忍无可忍，他决定给苏军侦察机关的局长写信说明德米特里的情况，苏军总参侦察总局局长沙林中将收到信后立即指示解决德米特里的分配问题，并在1953年3月16日给高等教育部部长斯托列托夫写信，说明情况。信是这样写的：“兹证明德米特里在1939年至1949年10年间在苏军服役，由于涉及国家秘密和军事秘密，不便说出其服役性质。如果此事影响到高教部对他的分配，请直接找我们的代表，他将面对面向您解释一切。”
此后，德米特里得到了一份工作。他被分到一所学院当老师，并一直在那里干了40年。
