На фронте с сентября 1942 года. Воевал в 312 штурмовом авиаполку (233 штурмовой авиадивизии, 4 воздушной армии), командир эскадрильи, совершил более 120 вылетов.
В представлении, написанном летом 1944 года, на присвоение командиру эскадрильи капитану Ивлиеву звания Героя Советского Союза, в частности, говорилось:
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 26 октября 1944 года капитану Ивлиеву Юрию Дмитриеву было присвоено звание Героя Советского Союза. Золотую Звезду и орден Ленина капитан Ю. Д. Ивлиев получил в Кремле из рук М. И. Калинина.
В январе 1945 года во время нанесения бомбового удара по живой силе и танковым соединениям врага самолет Ю. Д. Ивлиева оказался подбитым. Видя, что дотянуть до своих не удастся, летчик направил горящий самолет в место скопления гитлеровских солдат, чем повторил подвиг Гастелло.