Дебютира в мач от Шампионската лига срещу Вердер (Бремен) (Германия), в момент когато „сините“ губят с 0:3 заради недопустими грешки на колегата му Николай Михайлов, и става първият български вратар без допуснат гол в мач от Шампионската лига. В А група до края на есенния полусезон на 2006 г. записва има 1 мач срещу Берое (3:0) и 1 мач за купата на страната срещу Нафтекс (3:2) и Черноморец (1:0 сл. прод.). Той е резерва на Георги Петков и записва само по няколко мача на сезон. След като Петков напуска, Митрев за кратко става титуляр, но след загубата в дербито с ЦСКА е закотвен на пейката, а първи избор става Пламен Илиев. Недоволен от статута си на резерва, Митрев решава да си намери отбор в Гърция.[1]. Последния си мач за Левски изиграва срещу Светкавица.
След като половин година е свободен агент, в края на 2012 подписва договор за година и половина с Локомотив (София).[2]. През 2015 г. Локомотив (София) губи лиценза си за ЕКТ и А ПФГ, Митрев напуска отбора и подписва с молдовския ФК Шериф. На 1 март 2017 година се завръща в Левски (София) като подписва за година и половина с тима.
Левски (София) (вратари)
.svg){kind=spacer}
Шампион (1): 2015/16