В 1909 году отец Димитрий был назначен настоятелем Благовещенской церкви в селе Федосьино Московского уезда, в которой прослужил до своего ареста в 1937 году. За долгое и беспорочное служение отец Димитрий был возведен в сан протоиерея. В первый раз отец Димитрий был арестован ЧК в 1919 году по обвинению в дезертирстве, в том, что он не явился отбывать трудовую повинность. Но вскоре священника отпустили, так как он имел освобождение от трудовой повинности в связи с болезнью. В 1930 году отца Димитрия арестовали по обвинению в хранении валюты и оружия. Но ОГПУ не сумело доказать ложного обвинения, и священник был освобожден. В том же году его осудили к заключению за невыполнение твердого задания, но поскольку это задание было выполнено, хотя и не в срок, приговор был отменен. В 1932 году отца Димитрия привлекли к ответственности, обвинив в антисоветской агитации, но, продержав полтора месяца в заключении, отпустили. Осведомитель по кличке Зоркий 3 июля 1937 года сообщил: «В личности попа Остроумова чувствуется антисоветское настроение, но скрывает и при удобном случае может этим жалом уязвить власть советов". Контрреволюционной работы я никакой не проводил и контрреволюционной деятельностью не занимался. 28 августа тройка НКВД приговорила отца Димитрия к расстрелу. Протоиерей Димитрий Остроумов был расстрелян 30 августа 1937 года и погребен в безвестной общей могиле на полигоне Бутово под Москвой.