Šestatřicetiletý Srb v Paříži vylepšil vlastní rekord a turnaj v Bercy ovládl posedmé.
Další maximum posunul ziskem jubilejní trofeje z Masters a už jen tři triumfy ho dělí od rovné stovky titulů na okruhu ATP.
Vítěz rekordních 24 grandslamů v předchozích třech kolech vždy potřeboval na postup tři sety, Dimitrovovi ale nedal šanci.
První set rozhodl brejkem na 4:3, ve druhém sebral bývalé světové trojce podání dvakrát.
"Je neuvěřitelné, že jsem dokázal vyhrát po celkem náročných výzvách. Tři dny za sebou jsem byl na pokraji vyřazení," divil se Djokovič.
"Byl jsem v těch zápasech blízko porážce a nějak jsem dokázal najít extra energii, když to bylo potřeba. Dneska to bylo zpočátku hodně vyrovnané, pak jsem ale viděl, že mu trochu docházela šťáva," doplnil Srb.
Pro soupeře měl jen slova uznání. "Opravdu doufám, že bude i nadále hrát na tak vysoké úrovni. Tenhle víkend předváděl svůj nejlepší tenis a přeju mu jen to nejlepší. Doufám, že ještě vyhraje velké turnaje," řekl.
Bulharský tenista v Paříži vyřadil mimo jiné světovou trojku Daniila Medveděva, šestku Stefanose Tsitsipase či jedenáctku Huberta Hurkacze.
Dvaatřicetiletý Dimitrov promarnil šanci na ukončení šestiletého čekání na titul. Díky postupu do finále by si ale měl ve světovém žebříčku polepšit o tři místa na 14. pozici, což bude jeho nejlepší umístění od října 2018.
Tenisový turnaj mužů v Paříži (tvrdý povrch, dotace 6,748.815 eur):
Dvouhra - finále: Djokovič (1-Srb.) - Dimitrov (Bulh.) 6:4, 6:3.
Čtyřhra - finále: Roger-Vasselin, González (7-Fr./Mex.) - Bopanna, Ebden (3-Indie/Austr.) 6:2, 5:7, 10:7.