За границей беглый ректор вновь возвращается к профессии кристаллографа. И хотя его дела складывались не лучшим образом — белая эмиграция не собиралась прощать ему вступление в партию, служение большевикам и прочие грехи, — в 1923—1924 гг. Артемьев активно сотрудничает с берлинскими русскоязычными издательствами. В частности, в издательстве И. П. Ладыжникова в серии «Библиотека знаний» в 1923 году вышел его главный труд — четырехтомник «Кристаллография».
А в 1924 году в судьбе Дмитрия Артемьева произошел очередной крутой поворот.
Уже известный нам «профессор-боевик» В. А. Костицын в своих мемуарах «Мое утраченное счастье» вспоминает забавный эпизод:
'Я отправился в научный отдел Наркомпроса к Д. Н. Артемьеву, чтобы переговорить об этом и, кстати, о других делах. Научный отдел сидел в бывшем округе — старом учреждении со старинной мебелью. У Димитрия Николаевича в кабинете были великолепные старинные кресла, с бархатной фиолетовой обивкой, для него самого и его посетителей. И вот я восседаю напротив в таком кресле и излагаю ему свои дела. Он внимательно слушает.
Я опускаю глаза на документы, поднимаю их: что за притча? Димитрий Николаевич сидит против меня в католической сутане и с тонзурой на голове. Еще несколько секунд: снова он — в его обычном виде. Через несколько минут я снова роюсь в документах, снова поднимаю глаза, снова вижу Димитрия Николаевича в сутане и с тонзурой. Что за глупость? Откуда это? Он — видный коммунист, видный ученый, ректор Горной академии, член коллегии Н[аучно] — Т[ехнического] О[тдела] ВСНХ, заведующий научным отделом Наркомпроса, чисто русский; уж больше было оснований видеть его в православной поповской рясе.
Тут я принужден несколько изменить хронологический порядок и сделать два прыжка вперед. Через два года, в 1922 году, Димитрий Николаевич испрашивает научную командировку, уезжает в Чехословакию и не возвращается. В 1923 году осенью мы с тобой находимся в Париже и навещаем Владимира Ивановича Вернадского и его жену. Я уговариваю Вернадского вернуться в Россию; мы очень долго спорим, иногда оставляем этот вопрос и говорим о других вещах. Я задаю ему вопрос, не знает ли он, что сталось с его учеником Артемьевым. «Как же, знаю, — отвечает он мне. — Артемьев принял католичество и стал католическим священником; сейчас он находится в Риме при библиотеке Ватикана».
Действительно бывший православный и бывший коммунист Дмитрий Артемьев принял католичество и в течение пяти лет изучал богословие в Инсбруке и Вене. В 1929 году Артемьев был рукоположен в священники униатской церкви. В 1929—1934 г. служил в Вене, летом 1934 года он был назначен ректором русско-католической миссии в Брюсселе.