2012年8月2日，伦敦奥运会乒乓球男子单打比赛，奥恰洛夫半决赛先以1-4不敌张继科，后4-2击败庄智渊，最终获得铜牌；8月6日，男子乒乓球团体赛八进四比赛中，德国队3-0零封奥地利队成功进入半决赛；8月7日，决赛德国队1-3不敌中国队；8月8日，德国队3-1战胜中国香港队，夺得季军；11月，德国际乒联公开赛德国站男单项目中，4-2战胜波尔，斩获男单冠军。

2013年6月，乒超联赛，奥恰洛夫加盟广东队；7月，男团第5轮，奥恰洛夫所在的广东队3-1力克天津渤海银行队；第8轮，广东队3-2险胜八一男队。

2014年5月5日，奥恰洛夫在东京世乒赛决赛，以3-0战胜张继科，帮助德国队获得团体赛亚军；同年，加盟江苏中超电缆俱乐部。

2015年6月，在巴库举行的第一届欧洲运动会上，奥恰洛夫以4-3击败萨姆索诺夫，获得乒乓球男子单打项目的冠军；10月，2015赛季国际乒联欧洲锦标赛男子单打项目中，4-1零封弗雷塔斯，卫冕冠军。

2016年8月，在里约奥运会乒乓球男子团体比赛中，奥恰洛夫所在的德国队获得铜牌。

2017年2月，国际乒联欧洲16强赛男单决赛，奥恰洛夫4-2击败什巴耶夫夺冠，达成三连冠；同月，国际乒联世界巡回赛印度公开赛男单决赛，4-0横扫张本智和夺冠；10月，在第38届乒乓球世界杯上，奥恰洛夫以4-2力克队友波尔，获得男子单打冠军；11月，国际乒联德国公开赛以4-3战胜波尔夺冠。

2018年1月，奥恰洛夫世界排名登顶，打破中国队七年垄断；10月21日，第39届乒乓球世界杯季军争夺赛，1-4不敌林高远获得第四名；11月，再度签约江苏中超俱乐部，在5轮联赛中留下了3胜5负的战绩。

2019年8月，国际乒联捷克公开赛，奥恰洛夫1-4不敌中国台北选手林昀儒，获得男单亚军；9月，欧洲乒乓球团体锦标赛，德国队5场比赛均以3-0获胜，第八次捧起欧锦赛冠军奖杯。

2020年2月，奥恰洛夫在德国公开赛1/4决赛中以4-3战胜樊振东，在半决赛中以2-4不敌马龙，最终止步四强。

2021年3月6日，国际乒联WTT挑战赛卡塔尔多哈站男单决赛，奥恰洛夫4-1战胜林昀儒夺得赛季首冠；5月19日，奥恰洛夫入选德国乒乓球队东京奥运会男团、男单比赛名单；6月，国际乒联公布了2021年第26周排名，奥恰洛夫排名升至第八位；7月29至30日，在东京奥运会乒乓球男单半决赛中，奥恰洛夫以3-4不敌马龙，未能进入决赛，随后以4-3战胜林昀儒，第二次拿到奥运会男单铜牌；8月3日，在东京奥运乒乓球男团1/4决赛，德国队对阵中国台北，奥恰洛夫决胜场完胜，德国队总比分3-2力克中国台北，打进四强成为东道主日本队半决赛的对手，在半决赛中，奥恰洛夫与队友弗朗西斯卡、波尔合作以3-2战胜日本队，与中国队会师决赛；8月6日晚，东京奥运会乒乓球男团决赛，奥恰洛夫所在德国男团迎战老对手中国男团，最终不敌中国男团获得亚军；10月23日，宣布因伤退出2021年世界乒乓球锦标赛；11月，因伤缺席2021年世界乒乓球锦标赛。

2022年5月3日，国际乒联最新一期世界排名，男单奥恰洛夫排名保持前十位于第9位；6月，在WTT挑战赛利马站男单决赛中，奥恰洛夫以3-4不敌邱党，获得亚军；7月17日，WTT冠军赛布达佩斯站将于18日开赛，陈梦恢复训练，和陈幸同一起练球，奥恰洛夫友情客串；7月20日，2022年WTT冠军赛在布达佩斯结束首轮争夺，德国名将奥恰洛夫被淘汰，他以2比3（7比11、11比6、5比11、11比8、7比11）不敌法国的勒伯恩；8月9日：网易体育报道国际乒联公布2022年第32周世界排名，德国名将奥恰洛夫列在第九；10月，获得新乡WTT世界杯决赛2022参赛资格，入选WTT澳门冠军赛名单；10月20日，2022年WTT澳门冠军赛，男单首轮奥恰洛夫获胜晋级；10月21日，WTT澳门冠军赛进行了男单1/8决赛，迪米特里·奥恰洛夫1-3不敌王楚钦；10月23日，新乡WTT世界杯决赛2022男、女单打16位球员名单确认，奥恰洛夫入围；10月28日，2022新乡WTT世界杯决赛八强战中，奥恰洛夫3-2击败樊振东，晋级四强，将对阵张本智和；10月29日，新乡WTT男单半决赛，奥恰洛夫0比4不敌张本智和，无缘决赛；11月，WTT支线赛杜塞站男单半决赛：奥恰洛夫4-3吉奥尼斯，11-8/8-11/11-5/7-11/10-12/11-7/11-2；11月26日，wtt支线赛杜塞站男单决赛奥恰洛夫4-0杜达，13-11/11-9/11-5/12-10；11月28日，德国杯1/4决赛中，奥恰洛夫3-2战胜哈贝松。

2023年1月，德国杯半决赛，奥恰洛夫3-2战胜阿库祖；1月9日，德国杯男子组决赛，3-0战胜邱党；2月，参加2023年欧洲16强赛男单项目；2月10日，WTT常规挑战赛安曼站男单1/16决赛，3-0西蒙·高兹；同月，报名2023WTT常规挑战赛安曼站；2月11日，WTT常规挑战赛安曼站男单1/8决赛，3-0高承睿；同日，在WTT常规挑战赛安曼站2023男单1/4决赛，3-1格拉尔多，半决赛3-1击败罗伯勒斯；2月12日，WTT常规挑战赛安曼站男单决赛，0-4不敌林诗栋，获得亚军；3月11日，WTT新加坡大满贯男单1/32决赛，2-3不敌户上隼辅；3月25日-26日，参加德国乒乓球全锦赛；4月，参加2023WTT球星挑战赛曼谷站；5月26日，2023年世界乒乓球锦标赛男双半决赛中，弗朗西斯卡/奥恰洛夫2-3不敌张禹珍/林钟勋获得季军。6月，2023WTT常规挑战赛拉各斯站男单决赛，夫1-4不敌周启豪，获得亚军。7月，第三届欧洲运动会男团决赛，奥恰洛夫/弗朗西斯卡2-3不敌莫雷加德/K·卡尔森，最终德国3-2战胜瑞典；10月14日，2023年WTT常规挑战赛马斯喀特站男双决赛，弗朗西斯卡/奥恰洛夫3-0卡尔伯格/卡尔森，获得冠军；10月22日，WTT常规挑战赛安塔利亚站2023，3-4不敌费利克斯·勒布伦获得亚军。

2024年1月，奥恰洛夫入选2024年世界乒乓球团体锦标赛德国队参赛名单；1月3日，2023世界乒乓球职业大联盟男子总决赛首轮比赛，奥恰洛夫3-2不敌张本智和，无缘八强；5月5日，2024年沙特大满贯赛事，奥恰洛夫总比分3-2战胜对手，成功晋级；5月6日，1-3不敌篠塚大登，未能成功晋级；6月23日，2024WTT常规挑战赛拉各斯站，4-1理卡多·沃尔瑟，获得男单冠军；6月，入选德国国家乒乓球队参加2024年巴黎奥运会的运动员名单。9月，因伤退出WTT澳门冠军赛。

奥恰洛夫父亲是前苏联乒乓球国家队的主力成员，母亲是一名拥有A级教练证书的乒乓球教练。

2016年8月，奥恰洛夫发布微博宣布大女儿出生。

2021年12月，奥恰洛夫和妻子珍妮（Jenny）在社交平台上晒出一组照片和视频，宣布二胎喜讯。

2021年10月，在中华人民共和国成立72周年之际，奥恰洛夫向中国的朋友和粉丝们送上了国庆节问候和美好祝福。“祝大家国庆节快乐！很感谢中国粉丝们这么多年来对我的支持。即使是在奥运赛场上对阵中国顶尖球员时，我依旧感受到了你们的热情、鼓励和对我表现的肯定，真的非常谢谢你们。中国和乒乓球密不可分。很高兴乒乓球在中国发展得那么好。（中文）大家好，我是奥恰。祝大家国庆节快乐！”

（以上资料均来自于国际乒联）

奥恰洛夫现在是欧洲乒坛的希望，也是中国队在未来四到八年中最强有力的对手。（刘国梁 评）

奥恰洛夫在能力上最近有明显的进步。08年时他已经是中国的主要对手之一 ，近两年来他的上升势头越发明显。其实这是好事，为我们的备战敲响了警钟。（刘国梁 评）

奥恰洛夫的发球方式正是他的标志性特点，因其半下蹲、正反手轮换，而被业界称为“潜水艇式”。他的这一发球方式甚至上过《时代》杂志50大发明榜，发出的球既快且转，落点刁钻多变。（央视网 评）

奥恰洛夫反手能力较强，反手发球、防守、快撕一气呵成。防守能力也较好。（腾讯网 评）

奥恰洛夫在乒乓球界被亲切地称为“Dima”，这位德国人凭借标志性的反手和标志性发球，有能力击败业内最佳球员。作为2012年伦敦奥运会的奥运铜牌得主，奥恰洛夫的职业生涯在2017年达到了新的高度，他赢得了四项世界巡回赛冠军、男子世界杯、欧洲16强杯，并在2018年初成为世界第一。作为德国男子国家队的领军人物之一，他继续在最高水平上竞争，并一直在争光。（WTT世界乒乓球职业大联盟 评）

波尔的接班人奥恰洛夫表现不错，完胜中国香港第一单打唐鹏。（新京报 评）

奥恰洛夫因其半下蹲、正反手轮换发球而被称为“潜水艇式”，发出的球既快且转，落点刁钻多变，在以反手发球为主要战术套路的前提下，根据不同的对手以及场上形势的变化，有时也会换成正手发球。