Δύο χρόνια αφότου έφυγε από τον Παναθηναϊκό για την Ολίμπια Μιλάνο, ο Ντίνος Μήτογλου επέστρεψε στην ελληνική δύναμη.
Μόλις μια μέρα αφότου ο Ντίνος Μήτογλου είδε την ποινή του για παραβάσεις αντιντόπινγκ να μειώνεται στους 16 μήνες, με αποτέλεσμα να επιστρέψει στις προπονήσεις από τις 28 Ιουλίου, ο Έλληνας φόργουορντ ανακοινώθηκε από την πρώην ομάδα του, Παναθηναϊκό Αθηνών.
“Είμαι πολύ χαρούμενος που επέστρεψα σπίτι. Δεν θέλω να πω πολλά, αλλά θέλω να ευχαριστήσω από καρδιάς τον [ιδιοκτήτη] Δημήτρη Γιαννακόπουλο για την εμπιστοσύνη και την αγάπη που μου έδειξε”, είπε ο παίκτης στις πρώτες του δηλώσεις.
«Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω όλους τους ανθρώπους του Παναθηναϊκού και φυσικά τους ανθρώπους από το πλήρωμά μου που δεν σταμάτησαν ποτέ να είναι δίπλα μου. Τα υπόλοιπα θα ειπωθούν στο γήπεδο, με πολλή σκληρή δουλειά και απίστευτη θέληση για να πετύχουμε γκολ», υποσχέθηκε ο Μήτογλου.
Μετά από μια τριετή θητεία στο Πανεπιστήμιο Γουέικ Φόρεστ, όπου είχε μέσο όρο 9,3 πόντους και 5,4 ριμπάουντ ανά παιχνίδι, ο Μήτογλου εντάχθηκε στον ΠΑΟ το 2017. Έμεινε εκεί μέχρι το 2021, κατακτώντας τέσσερα πρωταθλήματα Ελλάδας (2018, 2019, 2020, 2021 και δύο) Κύπελλα Ελλάδος (2019, 2021).
Η καλύτερη σεζόν του στην ομάδα ήταν η τελευταία του (2020-2021) όπου είχε μέσο όρο 9,8 πόντους, 5,8 ριμπάουντ και 1,2 ασίστ στο ελληνικό πρωτάθλημα, ενώ στην Ευρωλίγκα είχε 9,3 πόντους και 5,4 ριμπάουντ σε 34 αγώνες.
Το καλοκαίρι του 2021 μετακόμισε στην EA7 Emporio Armani Milan, όπου κατέκτησε το Κύπελλο Ιταλίας τον Φεβρουάριο του 2022. Ο Μήτογλου πάτησε για τελευταία φορά σε γήπεδο μπάσκετ στις 11 Φεβρουαρίου 2022 και σχεδόν είκοσι μέρες αργότερα, στις 4 Μαρτίου 2022, αποκαλύφθηκε ότι είχε τιμωρηθεί για τη χρήση μεθανδιενόνης, μιας από τις πιο απαγορευμένες ουσίες στον κατάλογο του WADA
Τον Μάρτιο του 2022, επιβλήθηκε στον Μήτογλου μια αρχική απαγόρευση 48 μηνών από το μπάσκετ για παραβάσεις κατά του ντόπινγκ που μειώθηκε σχεδόν αμέσως σε 32 μήνες. Το στρατόπεδο του παίκτη αποφάσισε να ασκήσει έφεση κατά της απόφασης, παρακάμπτοντας το Εφετείο της FIBA που είχε επιβάλει την αρχική απαγόρευση και κατευθύνθηκε κατευθείαν στο Διαιτητικό Αθλητικό Δικαστήριο.
Ο Μήτογλου έπεισε το δικαστήριο για την αθωότητά του, συνεργάστηκε με τις αρχές και οι δικαστές κατάλαβαν ότι είχε πέσει θύμα γυναίκας γιατρού που λέγεται ότι είχε υποσχεθεί θεραπείες που βοηθούσαν στη θεραπεία διαφόρων πραγμάτων, από την αποκατάσταση τραυματισμών ή την ενίσχυση της αθλητικής απόδοσης έως την αύξηση της λίμπιντο ή καταπολέμηση της γήρανσης.
Το 2017, ο Έλληνας φόργουορντ έκανε το ντεμπούτο του στην ελληνική NT στο τουρνουά Acropolis. Αγωνίστηκε επίσης στους αγώνες για τα Προκριματικά του Παγκοσμίου Κυπέλλου 2019.