Родился 19 декабря 1917 года в селе Кумак ныне Новоорского района Оренбургской области в крестьянской семье. Русский. В 1933 году окончил Оренбургский финансовый техникум. Работал главным бухгалтером конторы «Главмясозаготскот» столицы Киргизии - города Фрунзе (с 1991 года - Бишкек).
В Красной Армии с 1939 года. Участник Великой Отечественной войны с 1941 года. Член ВКП(б)/КПСС с 1943 года.
Наводчик орудия 123-го отдельного истребительно-противотанкового дивизиона (1-я мотострелковая дивизия, 20-я армия, Западный фронт) красноармеец Николай Дмитриев отличился в бою в Толочинском районе Витебской области Белоруссии.
10 июля 1941 года, отражая внезапную атаку врага, умелый артиллерист уничтожил три танка противника. Красноармеец Дмитриев был тяжело ранен, но не покинул поля боя, и уничтожил ещё один танк. Удержал занимаемый рубеж.Указом Президиума Верховного Совета СССР от 31 августа 1941 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистским захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм красноармейцу Дмитриеву Николаю Михайловичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 551).В 1945 году мужественный воин-артиллерист окончил Ленинградское артиллерийское училище.
С 1959 года майор Дмитриев Н.М. - в запасе. Жил в столице Мордовии – городе Саранске, работал на заводе «Электровыпрямитель». Скончался 19 декабря 1981 года, в день своего 64-летия. Похоронен в Саранске.Награждён орденом Ленина, орденами Красной Звезды, «Знак Почёта», медалями.На одной из улиц Саранска в память о Герое установлена мемориальная доска. | 
