Урой, философией, математикой, составлял описания Молдавии и Турции. В 1710 году, во время войны Турции с Россией, Дмитрий Кантемир был назначен молдавским князем и должен был принять участие в военных действиях. Надежды, возлагавшиеся турецким двором на Кантемира, свидетельствуют о его умении скрывать замыслы. Еще в Константинополе он связался с русскими дипломатами и оказывал содействие послу Толстому. Недовольный визирем и желая избавить свою страну от турецкого ига, Кантемир 13 апреля 1711 года в Луцке заключил сПетром Великим трактат (см. Луцкий договор), обязуясь сообщать ему о турецких делах. Договор содержал 17 пунктов и в основных положениях повторял соглашение, подписанное митрополитом Гедеоном в 1656 году. Молдавское княжество должно было вступить в русское подданство, сохраняя статус независимого, суверенного государства и прежних обычаев внутри страны. Сохранялись и привилегии молдавских бояр. Господарский престол закреплялся за династией Кантемиров. Молдавскому княжеству возвращались земли, захваченные Турцией и превращенные в райи, страна освобождалась от турецкой дани. Договор после обнародования встретил поддержку всего молдавского населения. Лишь небольшая группа бояр была против разрыва с Турцией. Договор Кантемира был выгоден для Молдавии, так как в случае его претворения в жизнь страна освобождалась от турецкого гнета, отделялась от движущейся к упадку Турции и присоединялась к находящейся в то время на подъеме России. С армией, которую возглавлял фельдмаршал Шереметев, в Молдавию отправился лично царь Петр I. На реке Прут, примерно в 75 км к югу от Ясс, 38-тысячная русская армия была прижата к правому берегу союзными 120-тысячной турецкой армией и 70-тысячной конницей крымских татар. Решительное сопротивление русских заставило турецкого командующего заключить мирное соглашение, по которому русская армия вырвалась из безнадежного окружения ценой уступки Турции ранее завоеванного в 1696 году Азова и побережья Азовского моря. Молдавия оставалась под турецким гнетом. По окончании Прутского похода Дмитрий Кантемир с 1000 молдавских бояр прибыл в Россию и получил княжеское достоинство Российской империи с титулом светлости, значительную пенсию, Димитровку, Кантемировку и иные имения в нынешнейОрловской области, а также право жизни и смерти над прибывшими с ним в Россию молдаванами. Во время похода Петра вПерсию Кантемир управлял походной канцелярией царя и составлял разные воззвания и манифесты к жителям Персии. Оставил двух дочерей и четырех сыновей. Одна из его дочерей, Мария Кантемир, сделалась любовницей Петра I и вынашивала его сына, так что шли разговоры о замене ею Екатерины, но мальчик не выжил. Памятный знак на месте Дмитровской усадьбы князя КантемираПомимо Димитровки, где он умер, Кантемиру принадлежали подмосковное имениеЧерная Грязь и дом в петербургском Мраморном переулке — первая самостоятельная работа Б. Растрелли (не сохранился).
