Село Дмитровка находится на правом берегу реки Орель,
выше по течению на расстоянии в 3 км расположено село Новая Семеновка,
ниже по течению на расстоянии в 2,5 км расположено село Новоивановка (Кегичёвский район),
на противоположном берегу — село Марьевка.