26 серпня 2021 року старший сержант Дмитро Нестерчук був призваний на військову службу за контрактом до 9 прикордонного загону Державної прикордонної служби України. 

З серпня 2021 року по березень 2023 року військовослужбовець виконував завдання з охорони та оборони (прикриття) державного кордону України з республікою білорусь на території Житомирської області. В березні 2023 року був призначений на посаду до прикордонної комендатури швидкого реагування. За весь час проходження військової служби у прикордонній комендатурі швидкого реагування прикордонник проявив надзвичайну мужність та хоробрість.

В період з квітня по липень 2023 року старший сержант Дмитро Нестерчук гідно виконував бойові завдання в Луганській області. Неодноразово брав участь у бойових зіткненнях з ворогом, надавав допомогу у евакуаційних заходах поранених побратимів. Разом з побратимами проводив штурмові дії щодо відновлення контролю над раніше втраченими позиціями. Двічі він був поранений. Попри отримані травми та контузії військовослужбовець завжди повертався в стрій.

В період з 20 жовтня 2023 року по 08 лютого 2024 року брав участь у відбитті збройної агресії російської федерації в зоні відповідальності оперативно-тактичного угрупування «Донецьк», а саме на Авдіївському напрямку, де мужньо знищував ворога, який здійснював наступ штурмовими групами. В період з 16 травня по 18 серпня 2024 року старший сержант Дмитро Нестерчук захищав батьківщину уже на Харківщині. Бойові завдання виконував на позиціях в районі н.п. Зибине, Покаляне Харківської області, де в складі розвідувально-ударної групи безпілотних літальних апаратів успішно успішно здійснював вогневе ураження живої сили та техніки противника.

З 03 грудня 2024 року старший сержант Дмитро Нестерчук разом з побратимами виконував бойові завдання із захисту територіальної цілісності України на території Донецької області. Попри постійні ворожі артилерійські обстріли та удари FPV-дронами, прикордонник разом з побратимами в складі розвідувально-ударної групи безпілотників вдало виконував вогневе бойові завдання. Завдяки своїй мужності він неодноразово знищував живу силу та техніку противника.

27 грудня 2024 року противник здійснив артилерійський обстріл стартової позиції «Черепаха» (район н.п. Диліївка Донецької області), на якій в складі наряду ніс службу старший сержант Дмитро Нестерчук. Внаслідок обстрілу прикордонник отримав важкі поранення та був евакуйований. 28 грудня 2024 року прикордонник помер у лікарні м. Дніпро.

За особисту мужність і самовіддані дії, виявлені у захисті державного суверенітету та територіальної цілісності України, вірність військовій присязі старший сержант Нестерчук Дмитро Петрович нагороджений орденом «За мужність» ІІІ ступеня (посмертно).