Служил в составе 9 запасного бомбардировочного авиаполка (г.Казань), 1 учебно-тренировочной авиационной бригаде.

21 сентября 1943г. прибыл в 122 гвардейский бомбардировочный авиаполк. Командир полка майор Гаврилов Семен Никитович.

Боевую деятельность начал 07 февраля 1944г.

В этот день 15 самолетов полка, взлетев в 10-22 с аэродрома Хламово (Монастырщенский р-н, Смоленская обл.), в 11-10 бомбили войска противника у разъезда Крестьянка. Были обстреляны зенитной артиллерией противника. В 11-55 14 самолетов возвратились на аэродром, один самолет, получив повреждения правого мотора, совершил вынужденную посадку.

К 25 декабря 1944г. летчик старший гвардии лейтенант Беляев совершил 27 успешных боевых вылетов на самолете Пе-2.

Известные боевые вылеты:

25 июня 1944г. первый вылет на бомбардировку аэродрома противника Соколока, второй- бомбардировка скопления войск и техники противника в районе Лучеса.

26 июня 1944г. 2  боевых вылета на бомбардировку узлов сопротивления противника в районе г.Орша.

29 июля 1944г., взлетев с аэродрома Русское Село, бомбили артиллерийские и минометные батареи противника в районе Погермонь (южнее г.Каунас). На самолете летчика Беляева и штурмана гвардии младший лейтенанта Ашихмина Ивана Петровича (имя воздушного стрелка-радиста не указано) была установлена фотоаппаратура для фиксирования результатов бомбардировки.

20 августа 1944г. 2  боевых вылета с аэродрома Янусяны (восточнее г.Каунас) на бомбардировку войск противника в районе Куршенай (северо-западнее г.Шауляй). Экипаж Беляев- Ашихмин выполнил фотографирование результатов.

01 сентября 1944г. бомбили войска противника в районе Шакяй. Экипаж Беляев- Ашихмин выполнил фотографирование результатов.

Приказом от 30 января 1945г. Иван Дмитриевич был награжден орденом Красного Знамени.

Назначен командиром звена.

К средине апреля 1945г. полк в составе 3 гвардейской бомбардировочной авиадивизии базировался на аэродроме Заалау (Восточная Пруссия).

13 апреля 1945г. совершили три боевых вылета. Первый- бомбардировка  артиллерийских и минометных батареи противника в районе Норгау. Второй вылет- бомбардировка узла сопротивления Вишинен.  вынужденная посадка, третий вылет- бомбардировка опорного узла в Дюрингсвальде. Огнем зенитной артиллерии был поврежден правый мотор самолета экипажа: гвардии лейтенант Беляев, гвардии лейтенант Ашихнин, воздушный стрелок-радист гвардии старшина Политова Идея Дмитриевна. Летчик совершил вынужденную посадку на аэродроме Лабиау, экипаж невредим.

15 апреля 1945г. первым вылетом бомбардировали войска и технику противника у поселка Гуднинен. Второй вылет в район Ротенен.

16 апреля 1945г. три боевых вылета. Бомбили войска противника в районах Дарген (2 вылета) и Лохштадт. 

20 апреля 1945г. бомбили войска противника в районе Нойхоизер.

27 апреля 1945г. бомбардировали оборонительный рубеж у леса Гросс-Брух (коса Фриш-Нерунг, южнее г.Пиллау).

Всего за годы войны Иван Дмитриевич совершил 62 успешных боевых вылета.

Приказом от 22 мая 1945г. был награжден орденом Отечественной войны I степени.

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

За долголетнюю и безупречную службу в 1950г. был награжден медалью «За боевые заслуги».

В 1954г. и 1956г. дважды награжден орденом Красной Звезды.

Гвардии майор Беляев служил в составе 2 авиационной Краснознаменной дивизии особого назначения (аэродром Чкаловский). Погиб 07 мая 1958г. в составе экипажа самолета Ил-18, во время испытательного полета. Экипаж был похоронен на Ваганьковском кладбище.