Свою боевую деятельность Дмитрий Титоренко начал летом 1941 года под Ленинградом в составе 19-го истребительного авиационного полка. Летал на самолёте МиГ-3. Однажды, ещё в самом начале войны, Лейтенант Д. С. Титаренко, сидя в кабине истребителя, заметил вражеский самолёт - разведчик Ju-88. Немедля, без разрешения начальства, он взлетел наперехват врага. Догнал его на подступах к Ленинграду и сбил. Случилось это в Июле 1941 года. Фото, приведённое ниже, опубликовано в книге известного фронтового журналиста, автора многих книг о военных лётчиках, А. В. Бурова "Огненное небо". Под фотографией помещена следующая надпись:
"Первую победу на ближних подступах к Ленинграду одержал 7 Июля 1941 года лётчик 7-го авиационного корпуса ПВО Дмитрий Титоренко. Об успешном выполнении боевого задания он докладывает военкому корпуса бригадному комиссару Ф. Ф. Верову".
Следует отметить, что этот же эпизод в известной книге "Войска ПВО страны в Великой Отечественной войне 1941 - 1945 годов" датируется днём раньше: на странице 18 читаем:
"6 Июля 1941 года - воскресение. Лётчик 19-го ИАП Лейтенант Д. С. Титаренко сбил на подступах к Ленинграду вражеский бомбардировщик Ju-88, а свой получивший повреждения самолёт благополучно посадил на аэродром".
По некоторым источникам, в этот же день Д. С. Титаренко сбил ещё один вражеский самолет: финский Бристоль "Бленхейм".
Затем Дмитрий участвовал в боях за Сталинград. В 1943 году, получив новые самолёты Ла-5, полк сражался на Воронежском фронте. В Июле участвовал в боях под Курском. Летом 1944 года полк находился уже на 3-м Белорусском фронте, затем был переведён на 1-й Белорусский фронт. Там некоторое время Титоренко летал ведомым у известного аса, командира 19-го истребительного авиационного полка, Подполковника Льва Шестакова.
В начале Сентября 1944 года полк стал 176-м Гвардейским и был перевооружён самолётами Ла-7. Во время Белорусской наступательной операции Титоренко летал в паре с командиром полка П. Ф. Чупиковым. В одном из боёв был сбит, выпрыгнул с парашютом и благополучно приземлился.
В конце войны лётчики полка сражались на 1-м Украинском фронте, приняв участие в наступлении на Берлин. В те дни Дмитрий Титоренко часто летал в паре с И. Н. Кожедубом. В своих воспоминаниях Иван Никитович пишет:
"Дмитрий был очень скромным по натуре человеком. Он не любил рассказывать о своих победах, зато часами мог вести разговоры о боевых друзьях. У него был весёлый, спокойный характер. Прекрасный товарищ".
Свои последние победы Дмитрий Титоренко одерживал весной 1945 года в небе Германии. Несколько строк, посвящённых ему, можно найти в известной книге "16-я Воздушная", например:
"В Августе 1944 года при ведении "свободной охоты" отличились лётчики - истребители Майоры Герой Советского Союза А. Я. Баклан и Д. С. Титоренко...
В воздушных боях 17 и 18 Февраля 1945 года отличились: ...в 176-м Гвардейском ИАП - Майор Д. С. Титоренко и другие лётчики.
22 Марта 1945 года две пары Ла-7 из 176-го Гвардейского ИАП, возглавляемые дважды Героем Советского Союза Майором И. Н. Кожедубом и Героем Советского Союза Майором А. С. Куманичкиным, вылетели на "свободную охоту". В районе Зеелова они встретили до 30 FW-190, летящих двумя эшелонами. Кожедуб зашёл со стороны солнца в тыл верхней группе из четырёх "Фокке - Вульфов" и с дистанции 100 - 50 метров сбил один из них. Его напарник Майор Д. С. Титоренко одновременно сбил второго фашиста. Выйдя из атаки боевым разворотом, Кожедуб приблизился ко второй четвёрке FW-190 и в молниеносной атаке зажёг третий вражеский самолёт. Гвардеец А. С. Куманичкин, заметив ниже себя до 20 FW-190, атаковал замыкающую пару и с дистанции 100 - 150 метров сбил один истребитель, который упал западнее Зеелова. Его ведомый В. А. Громаковский атаковал второй "Фокке - Вульф" и также сбил его. Вражеский лётчик покинул самолёт с парашютом. Так две пары Гвардейцев вышли победителями над численно превосходящим воздушным противником.
17 Апреля 1945 года победы в воздухе одержали Майор И. Н. Кожедуб, а также его товарищи по 176-му Гвардейскому полку Майоры Д. С. Титоренко и А. С. Куманичкин, Капитан Н. И. Савин и Лейтенант С. В. Крамаренко, каждый из которых уничтожил по одному "Фокке - Вульфу".
Войну Дмитрий Титоренко закончил в звании Майора, начальником воздушно - стрелковой службы 176-го ГвИАП, имея на счету 23 победы ( включая и одержанные в составе группы ) и более 400 успешных боевых вылетов.
С Апреля 1951 года по Февраль 1952 года на самолётах МиГ-15 лётчики полка воевали в Северной Корее, входя в состав 324-й истребительной авиационной дивизии, которой командовал Иван Никитович Кожедуб, и за 10 месяцев боевой работы одержали 107 побед. В то время Дмитрий Степанович был уже начальником воздушно - стрелковой службы этой дивизии. В конце 1952 года Полковник Д. С. Титоренко погиб во время ночных полётов на самолёте МиГ-15 над аэродромом Орешково под Калугой, столкнувшись в воздухе с УТИ МиГ-15 ( экипаж "спарки" - Подполковник Шеберстов и Майор Лазукин так же погибли ).
