В советское время храм закрывался дважды: в 1924 году и с 1940 по 1946 год. До 1980-х годов храм святого великомученика Димитрия Солунского был одним из четырёх действующих храмов города Тулы. В 1991 году здание храма было поставлено на госохрану в качестве памятника истории и культуры регионального значения.
С 2005 года при храме действует Воскресная школа для детей. Преподавание ведется клириками храма, регентом церковного хора и преподавателями воскресной школы. С 2007 года существует Воскресная школа для взрослых с катехизаторским уклоном.