К декабрю 1939г. курсант военного авиационного училища летнабов и штурманов, возможно, Харьковского.

23 января 1940г. принял военную присягу.

28 ноября 1940г., по окончанию училища, присвоено звание младший лейтенант. 

Возможно, служил в составе 208 скоростного бомбардировочного авиаполка.

04 августа 1941г. из состава полка был выделен 208 «А» скоростной бомбардировочный авиаполк.

Полк был переименован в 778 бомбардировочный авиаполк.

01 июля 1942г. вошел в состав формировавшейся 284 бомбардировочной дивизии. 

06 июля полк в составе 18 самолетов Пе-2 базировался на аэродроме Данков. Командир полка майор Борцов Георгий Иванович.

С 07 июля экипажи полка приступили к боевой работе на Брянском фронте.

Дмитрий Федорович стрелок-бомбардир звена 1 эскадрильи полка.

В 1942г. принят в ряды ВКП(б), партбилет №4915182.

21 июля полк группами самолетов атаковал танки, артиллерию и пехоту противника в районе д.Верейские Выселки. В районе цели наши самолеты были обстреляны огнем зенитной артиллерии и атакованы истребителями противника. В воздушном бою младший лейтенант Полетаев сбил истребитель Ме-109 (Мессершмитт). Самолет №1505 экипажа: летчик лейтенант Фелижанко Дмитрий Александрович, стрелок-бомбардир Полетаев, воздушный стрелок-радист сержант Урахчинский Владимир Петрович- был подожжен. Были пробиты радиаторы обоих моторов, центральный бензобак, крышка блока левого мотора, перебита тяга управления триммера руля глубины и управления левым элероном. На поврежденной машине экипаж дошел до цели и сбросил бомбы. Дмитрий Федорович помог пилоту дойти кратчайшим курсом до линии фронта, перейдя которую, экипаж совершил вынужденную посадку в 10км. от совхоза «Комсомолец» Воронежской обл.

На Брянском фронте младший лейтенант Полетаев совершил 10 боевых вылетов. Был представлен к ордену Красного Знамени. Приказом от 01 сентября 1942г. награжден орденом Красной Звезды. 

15 августа экипажи полка без прикрытия истребителей бомбардировали колонны танков и пехоты на дорогах Набережное- Троицкое- Васильевка. После выполнения задания, потеряв ориентировку в районе д.Серебрянные Пруды, совершил вынужденную посадку экипаж: летчик лейтенант Гуров Петр Илларионович, младший лейтенант Полетаев, воздушный стрелок-радист младший сержант Климов Николай Александрович. 19 августа экипаж прилетел в полк.

25 ноября полк был выведен из состава дивизии. Весной 1943г. полк был расформирован.

К 1943г. Дмитрий Федорович воевал в составе 24 бомбардировочного полка 241 бомбардировочной авиадивизии.

К августу 1943г. штурман звена лейтенант Полетаев совершил 58 успешных боевых вылетов, имел два легких ранения. Был представлен к ордену Красного Знамени. Приказ о награждении от 24 августа 1943г.

К концу января 1945г. совершил еще 43 успешных боевых вылета. Был представлен к ордену Красного Знамени. Приказом от 06 февраля 1945г. старший лейтенант Полетаев награжден орденом Отечественной войны I степени.

Награжден медалями «За освобождение Варшавы», «За взятие Берлина», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.»

За долголетнюю и безупречную службу в 1950г. награжден медалью «За боевые заслуги», в 1955г.- орденом Красной Звезды.

Майор Полетаев был уволен в запас 29 апреля 1958г.

В честь 40-летия Победы награжден орденом Отечественной войны II степени.