На своей новой епархии святитель столкнулся со многими трудностями и церковными нестроениями. Прежде всего, его поразило невежество местного духовенства. "Окаянное наше время! — говорил он в одной из своих проповедей. — Окаянное время, в которое так пренебреженно сеяние слова Божия, и не знаю, кого прежде надобно винить, сеятелей или землю, священников или сердца человеческие или тех и других вместе? Сеятель не сеет, а земля не принимает, иереи не брегут, а люди заблуждаются; иереи не учат, а люди невежествуют; иереи слова Божия не проповедуют, а люди не слушают и слушать не хотят. С обеих сторон худо: иереи глупы, а люди неразумны!" Святитель ужасается тем, что даже жены и дети священников не принимают причащения: "О окаянные иереи, не радящие о своем доме! Как могут радеть о Святой церкви люди, домашних своих к святому причащению не приводящие?" Иные священники не знают даже наименования Святых даров и хранят их в небрежении. Святителю приходится увещевать священников не раскрывать тайну исповеди. (При том, что царь Петр прямо указывал доносить властям об антиправительственных настроениях, обнаруженных на исповеди.)
Святитель направил несколько грозных посланий к подведомственным ему иереям, однако никого не наказал, не лишил сана, не послал в монастырь на покаяние, как это было принято в России. Более того, вопреки сопротивлению властей, он своей властью отменил обычай постригать в монахи овдовевших священников. Святитель искал другие пути к исправлению нравов в среде духовенства своей епархии (и, шире, всей России).
Наиболее действенным средством для искоренения недостатков, по его мнению, могло стать обучение и воспитание нового поколения священнослужителей. Святой открывает в Ростове первое духовное училище при архиерейском доме.
Занятия в училище начались 1 сентября 1702 года. Из 200 учеников большинство были детьми священников, но имелись и выходцы из других сословий (что можно признать исключительным для того времени). Учителями стали украинцы, специально выписанные Димитрием. Святитель сумел выхлопотать из казны жалование для учителей; кроме того, ему было разрешено продать из архиерейской казны меха и употребить вырученные деньги на школу. Такое разрешение было получить довольно сложно: после смерти патриарха Адриана и упразднения патриаршества (1700 год) всеми делами, связанными с церковными имуществами, ведал Монастырский приказ; его руководство во главе с И. А. Мусиным-Пушкиным стремилось выдавить из Церкви на нужды страны все денежные средства до копейки. Митрополит Димитрий на свои деньги купил учебники, два глобуса, карты. Обучение было бесплатным; более того, неимущим, обучающимся "русской грамоте", доплачивали по деньге в день.
Школьный курс был рассчитан на три года и включал в себя, прежде всего, изучение языков — русского, греческого, латинского, а также риторики. Основное внимание Димитрий уделял изучению греческого языка, который называл "началом и источником всему любомудрию". Святитель с исключительной заботой относился к этому своему детищу: он лично посещал занятия, принимал экзамены; в случае отсутствия или болезни учителя заменял его. В свободное от основных своих занятий время святитель собирал наиболее способных учеников и беседовал с ними, обсуждая тот или иной предмет, толкуя им ту или иную книгу Священного писания. Летом наиболее прилежные жили вместе с ним в архиерейском селе Демьяны, близ Ростова. Из своего кармана Димитрий выплачивал небольшие стипендии — по грошу или по алтыну. Вишни, яблоки, груши из архиерейских садов также шли на стол ученикам. Святитель также заботился о нравственности учащихся: в воскресные и праздничные дни они должны были выстаивать службу в соборной церкви и обязательно подходить под благословение к святителю, чтобы тем самым дать знать о своем присутствии; строго соблюдались все посты. Святитель сам исповедовал их и приобщал Святых Таин. Закончившим курс давались места при церквах.
Однако лишь один полный курс был выпущен из архиерейского училища. Весной 1706 года школа была закрыта — вопреки воле митрополита и к вящему его огорчению. Горькие строки писал впоследствии святитель Димитрий новгородскому митрополиту Иову, такому же великому радетелю просвещения, как и он сам: "Я, грешный, пришедши на престол ростовской паствы, завел было училище греческое и латинское, ученики поучились года два и больше и уже начинали было грамматику разуметь недурно; но, попущением Божиим, скудость архиерейского дома положила препятствие, питающий нас (речь о главе Монастырского приказа И.А. Мусине-Пушкине. — Авт.) вознегодовал, будто много издерживается на учителей и учеников, и отнято все, чем дому архиерейскому питаться, не только отчины, но и церковные дани и венечные памяти. Умалчиваю о прочих поведениях наших. Sat sapienti". Два последних латинских слова означают: "Умному достаточно". И, действительно, митрополит Иов вполне разделял его тревоги и огорчения. Закрытие училища явилось лишь одним из следствий жесткого экономического и духовного давления государства на Церковь в годы петровских преобразований.
Димитрий прославлял царя как великого защитника Отечества, как просветителя народа, распахнувшего для него двери европейской культуры. Но при этом он одобрял далеко не все его нововведения. В 1706 году митрополит Димитрий, что называется, "в очередь", проповедовал в Москве, перед царем. Иные из его обличений Петр вполне мог принять и на свой счет. "Нынешних времен некоторые господа, — вещал святитель с амвона, — стыждаются в домах своих поставляти икону Христову или Богородичну, но уже некия безстыдныя поставляются изображения Венеры или Дианы, или прочих ветхих кумиров, или и новых". А ведь известно было, что Петр питал любовь к античным изваяниям, привезенным им из Европы. Осудил Димитрий и отмену поста в действующей армии по специальному указу Петра: …Гедеоново воинство, и постясь, победило мадианитян", приводил он библейскую параллель.
Но главным делом святителя по-прежнему оставалось составление Житий святых. 9 февраля 1705 года в Ростове им был закончен последний, четвертый том за июнь — август. "В лето от воплощение Бога Слова 1705-е, месяца февруариа, в 9-й день, на память святаго мученика Никифора, сказуемаго победоносца, в отдание праздника Сретения Господня, изрекшу святому Симеону Богоприимцу свое моление: ныне отпущаеши раба твоего, владыко, в день страданий Господних пятничный, в он же на кресте рече Христос: совершишася, — пред субботою поминовения усопших и пред неделею страшнаго суда, помощию Божиею и Пречистыя Богоматере и всех святых молитвами месяц август написася. Аминь" — такую торжествующую запись сделал сам Димитрий. В том же году четвертый том Четьих Миней был напечатан в типографии Киево-Печерской лавры.
Двадцать лет жизни отдал Димитрий этой работе, начатой им в бытность иноком Киево-Печерского монастыря и законченной в сане митрополита Ростовского. И составленные им Четьи Минеи стали подлинным памятником ростовскому архиерею. Они надолго сделались любимым чтением русских людей и, по словам протоиерея Александра Державина, явились "одной из тех книг, по которым вырабатывались своеобразные духовные особенности русского православного человека". Именно Четьи Минеи Димитрия Ростовского легли в основу Синодального издания Четьих Миней, которые впервые вышли в свет в 1759 году и впоследствии многократно переиздавались. На их основе в начале XX века было выпущено многотомное издание Житий святых в переводе на современный русский язык; оно переиздается и поныне.
Во время своего служения в Ростове святитель совершал многочисленные поездки по епархии, что было делом не совсем обычным для того времени. Не раз он ездил в Ярославль — второй по значимости город епархии. Ростовский летописец приводит поразительный факт: как-то митрополит за сутки прошел расстояние от Ростова до Ярославля (больше пятидесяти километров), отслужил обедню и тут же пешком отправился в обратный путь. Святителю часто приходилось разговаривать с людьми, многие из которых далеко не готовы были принимать петровские преобразования. Так, однажды в Ярославле к святителю подошли двое неизвестных ему людей и спросили: "Владыко святый, как ты повелишь? Велят нам бороды брить по указу государеву, а мы готовы головы наши за бороды положить". Святитель несколько удивился вопросу и в свою очередь спросил бородачей: "Что отрастет — голова ли отсеченная или борода обритая?" Те, помолчав, отвечали, что борода отрастет, а голова нет. "Так и вам лучше не пощадить бороды, которая, десять раз обритая, отрастет, чем потерять голову, которая, раз отсеченная, уже не отрастет никогда, разве в общее для всех воскресение из мертвых", отвечал Димитрий. Однако когда он пришел в свою келью, разговор этот возобновился с другими недовольными указом Петра об обязательном брадобритии; многие полагали, что, обрив бороду, потеряют образ и подобие Божие. Митрополит должен был увещевать их, что образ Божий и подобие не в лице человеческом состоят, но в невидимой душе. Впоследствии он написал особое рассуждение "Об образе Божии и подобии в человеце", которое несколько раз было напечатано по повелению Петра I.
Еще больше огорчений доставляли святителю споры со старообрядцами, с которыми он впервые столкнулся в Ростовской епархии. Результатом борьбы с раскольниками стала книга "Розыск о брынской вере" (по названию Брынских лесов, в которых укрывались многие из главных учителей раскола), написанная святителем уже в последние годы жизни (книга эта была завершена в 1709 году). Обличение раскола святым Димитрием было настолько резким, что впоследствии старообрядцы ставили его имя рядом с именем патриарха Никона.