Le bataillon fut constitué en décembre 1936 avec des exilés originaires des Balkans[1]. Il comptait, à ses débuts, environ 800 volontaires dont près de 160 Grecs[2]. Le bataillon fut incorporé à la XVe brigade à partir du . Il y retrouva deux autres unités fameuses : le bataillon Britannique et la brigade Abraham Lincoln.
Les membres du bataillon furent engagés dans leur premiers combats lors de la bataille du Jarama. Le bataillon y subit de lourdes pertes[1].
Le , à la suite de la militarisation, le bataillon fut transféré à la 45e Division internationale de réserve, où il fut reconstitué. Le , il faisait partie de la 129e Brigade internationale qui avait été récemment créée, formée à partir des survivants des autres bataillons constitués d'Européens. Le Bataillon Dimitrov continua à servir jusqu'à la démobilisation le .
Hugh Thomas (trad. de l'anglais par Jacques Brousse, Lucien Hess et Christian Bounay), La guerre d'Espagne juillet 1936-mars 1939, Paris, R. Laffont, coll. « Bouquins », , 1026 p. (ISBN978-2-221-08559-2)
Antony Beevor (trad. de l'anglais par Jean-François Sené), La guerre d'Espagne, Paris, Calmann-Lévy, , 681 p. (ISBN978-2-7021-3719-2)