
В 1999 году окончил Рязанский институт воздушно-десантных войск имени генерала армии В. Ф. Маргелова. Затем был направлен для дальнейшего прохождения службы в 76-ю гвардейскую воздушно-десантную дивизию, расквартированную в городе Пскове. С марта по июль 1999 года командовал парашютно-десантным взводом в 104-м гвардейском парашютно-десантном полку, а в июле 1999 года был назначен командиром разведвзвода 175-й отдельной разведроты 76-й гвардейской воздушно-десантной дивизии.В 1999 году окончил Рязанский институт воздушно-десантных войск имени генерала армии В. Ф. Маргелова. Затем был направлен для дальнейшего прохождения службы в 76-ю гвардейскую воздушно-десантную дивизию, расквартированную в городе Пскове. С марта по июль 1999 года командовал парашютно-десантным взводом в 104-м гвардейском парашютно-десантном полку, а в июле 1999 года был назначен командиром разведвзвода 175-й отдельной разведроты 76-й гвардейской воздушно-десантной дивизии.В должности гвардии лейтенант Кожемякин Д.С. с 29 января 2000 года участвовал в контртеррористической операции на территории Северо-Кавказского региона Российской Федерации.
29 февраля 2000 года взвод гвардии лейтенанта Кожемякина Д.С. вёл разведку в районе восточного склона горы Истывкор, обеспечивая выдвижение 6-й парашютно-десантной роты для занятия господствующих высот. Обнаружив передовую группу противника, 6-я парашютно-десантная рота вступила с ней в бой. В это время гвардии лейтенант Кожемякин вместе с подчинёнными скрытно обошёл боевиков и огнём поддержал действия роты.
Противник, подтянув основные силы и создав многократное превосходство, потеснил десантников. В связи с чем, 6-я парашютно-десантная рота была вынуждена, закрепится на высоте 776,0. Но боевики попытались окружить псковских десантников.
Разведчики Дмитрия Кожемякина быстрыми и решительными действиями пресекли эту попытку. Во время перестрелки гвардии лейтенант Д.С. Кожемякин получил ранение, но остался в строю.
Утром следующего дня, — 1 марта 2000 года, боевики возобновили штурм высоты 776,0. В начале боя гвардии лейтенант Дмитрий Сергеевич Кожемякин поспешил на помощь раненному десантнику, гвардии младшему сержанту Хаматову Е.К., чтобы вынести его из-под обстрела. В это время боевики подтянули свои силы и окружили Дмитрия с целью взять в плен. Но ничего у них не вышло, Дмитрий достал нож и сокрушил нескольких боевиков в рукопашной схватке. Поняв, что отважного десантника в плен взять не удастся, боевики пустили в ход автоматы. Дмитрий Сергеевич Кожемякин погиб, сражаясь в рукопашную против толпы.
Указом Президента Российской Федерации № 484 от 12 марта 2000 года за мужество и отвагу, проявленные при ликвидации незаконных вооруженных формирований в Северо-Кавказском регионе, гвардии лейтенанту Кожемякину Дмитрию Сергеевичу присвоено звание Героя Российской Федерации (посмертно).
Похоронен с воинскими почестями на Аллее Славы Серафимовского кладбища Санкт-Петербурга.
Герой России Д.С. Кожемякин навечно зачислен в списки 1-й роты суворовцев Санкт-Петербургского Суворовского военного училища. Его именем названа улица в городе Сертолово Ленинградской области, где проживал Герой и продолжает проживать его семья.