В августе 1942 года был призван в ряды Советской Армии от Лениногорского гор военкомата и отправлен новобранцем на первый Украинский фронт. В декабре 1942 года Дмитрий Антонович прошел первое боевое крещение на Калининском фронте возле деревни Меркуши. Воевал в качестве артиллериста разведчика, неоднократно ходил с командой бойцов в тыл врага и приводил военнопленных, так называемых «языков». В начале 1943 года 21 мотострелковую бригаду, в которой служил Каменев Д.А., соединили с 10 механизированной бригадой 3 корпуса 1 танковой армии под командованием генерала Ватутина. Гаубицкая артиллерийская бригада № 164 участвовала в боях на Курской Дуге, освобождали город Курск, город Орел и близлежащие населенные пункты. За участие в этих боевых действиях Дмитрия Антоновича представили к награде орден «Красной звезды». В дальнейшем воевал на 3 ударном направлении и форсировании реки Днепр. В феврале 1944 года Каменев Д.А. получил ранение в руку и был госпитализирован. После выздоровления направлен в свою часть и назначен на должность командира взвода артиллеристов разведчиков. В апреле 1944 года Дмитрий Антонович награжден орденом «Красной Звезды» повторно за участие в боях при освобождении Польши, форсировании рек Вислы и Эльбы. Также Каменев Д.А. участвовал в боях по освобождению города Бреславль, за что и был представлен к третьему ордену «Красной Звезды». В апреле 1945 года получил тяжелое ранение, находился в госпитале. Затем, после выздоровления Дмитрий Антонович вернулся в свою часть. За прорыв обороны противника западнее города Сандомира награжден благодарственной грамотой от И.В. Сталина с присвоением звания гвардии сержант и вручения знаков «Гвардия» и «Отличный разведчик». После объявления окончания войны в мае 1945 года продолжил свою службу и в июле 1945 года за отличное, достойное несение службы, за отличные боевые действия, за освобождение многочисленных городов и сельских пунктов, республик Чехословакия, Польша, Венгрия был награжден благодарственной грамотой от маршала Советского Союза И. Конева. В феврале 1946 года Дмитрий Антонович был награжден медалью «За Победу над Германией». В марте 1947 года был уволен в запас. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 11.03.1985 года был представлен к награждению орденом «Отечественной войны» 1 степени.