1945年初，德米特裏轉到另一個實驗室工作，這個實驗室主要是完成美國核計劃的一項單獨研究任務。與此同時，德米特裏也獲得提升，新的職務使他具有了接觸更多資料、掌握更多情報的機會。
在新的實驗室裏工作的都是著名的科學家，根據看到的情況，德米特裏判斷美國研製原子彈的工作已經接近尾聲。德米特裏立即將自己工作的變動及判斷向莫斯科總部作了報告。
德米特裏的主要貢獻就是摸清了美國的原子能設施、結構、核材料生產量、參加的專家人數情況，並與美國其他秘密原子能計劃及相關單位保持了聯係。難怪當年美國總統羅斯福在雅爾塔會議上很詭秘地對斯大林說，美國已經擁有了令人震驚的武器，而斯大林隻是麵無表情地點點頭。看來，當時蘇聯對美國的核研究已經有了很全麵的了解。當然，這些都與美國的實驗室對“德爾瑪”很信任有關。
美國用原子彈轟炸日本的廣島和長崎之後，德米特裏所在的這家美國實驗室舉行了慶祝活動，實驗室主任對大家說：“你們作出了曆史性的巨大貢獻。”之後，這家實驗室準備選派專家到日本察看轟炸效果，德米特裏也被選中，但後來考察計劃因故取消，德米特裏未能到日本親眼看看美國原子彈的威力。
1945年9月，第二次世界大戰結束後，德米特裏也很快從美軍中退役，他想乘機離開這個城市。因為美國和加拿大的一些報紙披露說在美國潛伏著一些外國“核間諜”，實驗室也開始對所有研究人員進行重新審查。
正如德米特裏所擔心的，美國反間諜機關很快查清德米特裏曾在1933年與自己的父母回到蘇聯定居，並在相當長的時間內沒有返回美國。德米特裏回到美國後就一直在重要的秘密部門工作。於是當德米特裏離開橡樹嶺之後，美國情報部門就開始調查他。1949～1951年，他們對所有在橡樹嶺實驗室與德米特裏熟悉的人都進行了審查。他們還找到德米特裏的父親原來居住過的城市裏的鄰居進行談話。因為德米特裏的父親有3個兒子，美國情報部門想要搞清楚1933年究竟是哪一個德米特裏返回蘇聯定居，而後又是哪一個德米特裏到美國的橡樹嶺秘密實驗室工作，兩人究竟是不是同一個人。
然而，美國情報部門的工作進展得不十分順利，他們沒能找到德米特裏的任何有用的證據，1949年5月，德米特裏離開美國回到了蘇聯。
1949年6月，蘇軍總參謀部第二總局局長紮哈羅夫大將簽發了一份涉及德米特裏命運和他在軍事偵察機關工作的命令，命令指出：“列兵德米特裏，1915年出生，按列兵軍銜從武裝力量中複員。”
不久，德米特裏回到自己的莫斯科母校讀研究生，兩年後，他獲得技術科學副博士學位。但是，德米特裏在畢業分配問題上卻意外地遇到了麻煩，沒有一所大學的科研機構、也沒有一家工廠願意接收他，因為“他的專業太偏了”。後來他才知道，沒人接收他的真正原因是，有些當權者對他的簡曆不理解，認為他可能是有什麼過錯的人。的確，從1939年到1949年的10年間，德米特裏在蘇聯紅軍服役，最後卻是以列兵的軍銜退出現役。德米特裏知道自己不能對那些謹小慎微的官員說出他以前是幹什麼工作的，不能說出自己受過高等教育，不能說出自己為什麼服役那麼長時間竟然在最後退役時沒有戴上哪怕是少尉的軍銜，而且隻得到一枚獎章。
1953年3月，這位好幾年沒有被分配工作的技術副博士忍無可忍，他決定給蘇軍偵察機關的局長寫信說明情況。蘇軍總參偵察總局局長沙林中將收到信後立即指示解決德米特裏的分配問題，並在1953年3月16日給高等教育部部長斯托列托夫寫信，說明情況。
信是這樣寫的：“茲證明德米特裏在1939年至1949年10年間在蘇軍服役，由於涉及國家秘密和軍事秘密，不便說出其服役性質。如果此事影響到高教部對他的分配，請直接找我們的代表，他將麵對麵向您解釋一切。”
事實表明，德米特裏的特工經曆的確是舉世無雙的，他能夠在美國特工部門毫無察覺的情況下，滲透到美國原子能機密設施內，而這個設施在美國也隻有少數高層官員和為數不多的科學家及技術專家才知道。而且，這家軍工廠在當時屬於世界第一個也是唯一的一個生產用於製造原子彈所必不可少的重要元素——鈾和鈈的工廠。由此可見，有關這家工廠的一切信息和資料都屬於美國的最高國家機密和軍事機密，德米特裏所收集的任何情報都將是有著重大價值的。
由於總參偵察總局局長沙林中將的插手，德來特裏終於在一所學院謀到了一個職位並一直工作到退休。