С 1940 по 1945 годы служил в Советской Армии. С 1949 года работал в НИИ-147 (ныне «ОАО «НПО «СПЛАВ»). Прошел трудовой путь от техника до начальника отдела - главного конструктора направления.
В.И. Дмитриев был первым начальником отдела, в котором получило развитие новое направление боеприпасной отрасли - разработка реактивных систем залпового огня, в том числе «Град», «Ураган», «Смерч», «Облако» и др. Многие разработки были выполнены впервые в мире и в соавторстве защищены 213 авторскими свидетельствами.
Дмитриев В.И. - лауреат Государственной премии СССР (1969), премии им. С.И. Мосина. Он награжден орденами Отечественной войны I степени (1945), Октябрьской революции (1976), «Знак почета» (1966), медалями «За отвагу» (1943), «За боевые заслуги» (1943), серебряной медалью ВДНХ.
В 1973 году признан лучшим изобретателем Министерства машиностроения СССР.
Умер Василий Иванович Дмитриев 18 марта 1996 года.