Hij haalde zijn eerste succes in 1975, toen hij de Russische nationale titels meerkamp en brug won, en bij de Europese kampioenschappen twee bronzen medailles haalde. Tijdens de Olympische Zomerspelen 1976 in Montreal won hij zilver met het landenteam en haalde twee toestelfinales. Aan de ringen werd hij ook tweede en op het paard zesde.
Ditjatin was de grote ster van de Spelen van 1980 in Moskou. Hij leidde de ploeg van de Sovjet-Unie naar het goud en plaatste zich voor alle zes de toestelfinales. Op 25 juli won hij zes medailles op één dag: goud aan de ringen, zilver aan de rekstok, brug, paard voltige en sprong en brons op de vloer. Uiteraard won Ditjatin ook het individuele klassement.
Hij was de eerste deelnemer aan Olympische Spelen die tijdens één toernooi acht medailles haalde; een prestatie die in 2004 en 2008 geëvenaard werd door de AmerikaansezwemmerMichael Phelps. Ook was hij (op sprong) de eerste mannelijke turner die een perfecte tien scoorde.
Ditjatin haalde op wereldkampioenschappen zes gouden, drie zilveren en twee bronzen medailles. Kort na de Spelen van Moskou raakte hij ernstig gewond tijdens de training en beëindigde hij zijn turncarrière. Tegenwoordig is hij Podpolkovnik (Luitenant-kolonel) in het Russische leger.