Το μαρτύριο του αγίου Δημητρίου την 26η Οκτωβρίου του 305 μ.Χ. συνέδεσε από τότε τη συγκλονιστική μορφή του με τη Θεσσαλονίκη, παιδί της οποίας, άλλωστε, και ήταν. Το τίμιο σώμα του έθαψαν κρυφίως οι χριστιανοί στο υπόγειο του τόπου του μαρτυρίου του, δηλαδή στο ρωμαϊκό λουτρό κοντά στον Ιερό Ναό του Αγίου Δημητρίου.
Όπως γράφει στην εφημερίδα «Δημοκρατία» ο Αθανάσιος Καραθανάσης, πρώην πρόεδρος Τμήματος Ποιμαντικής και Κοινωνικής Θεολογίας του ΑΠΘ, εκεί, μετά το 313 και το διάταγμα του Μ. Κωνσταντίνου περί ανεξιθρησκίας, οι χριστιανοί έκτισαν μικρό ναό και περί το 463 μ.Χ. ο έπαρχος του Ιλλυρικού Λεόντιος, που θεραπεύθηκε θαυματουργικά από τον άγιο, έκτισε μεγαλοπρεπή ναό ως ευχαριστία. Στην Κρύπτη, όπου μαρτύρησε ο άγιος, δηλαδή κάτω από το ιερό του ναού, βρισκόταν το άγιο λείψανό του, από το οποίο ανέβλυζε «ακένωτος πηγή θείων μύρων», προσέρχονταν χιλιάδες Θεσσαλονικέων, Μακεδόνων και ξένων προσκυνητών.
