Dieterichs oli baltiansaksalaista, alkuperältään ruotsalaista sukua. Hän valmistui Pietarin keisarillisesta paašikoulusta vuonna 1894 ja Nikolain yleisesikunta-akatemiasta vuonna 1900. Dieterichs osallistui kapteenina Venäjän–Japanin sotaan 1904–1905. Ensimmäisen maailmansodan puhjetessa vuonna 1914 hän oli everstinä pääesikunnassa. Hän oli lokakuusta 1914 alkaen Venäjän 3. armeijan ja huhtikuusta 1915 lounaisrintaman päämajoitusmestarina. Dieterichs ylennettiin vuonna 1915 kenraalimajuriksi ja hän osallistui kesän 1916 Brusilovin hyökkäyksen suunnitteluun. Toukokuussa 1916 hänet nimitettiin prikaatinkomentajaksi Thessalonikin rintamalle Kreikkaan, mutta kutsuttiin takaisin Venäjälle heinäkuussa 1917. Pääministeri Aleksandr Kerenskin otettua ylipäällikkyyden Kornilovin kapinan jälkeen syyskuussa 1917 Dieterichsistä tuli koko armeijan päämajoitusmestari. Lokakuun vallankumouksen jälkeen Dieterichs pakeni Ukrainaan. Maaliskuusta 1918 tammikuuhun 1919 hän oli Venäjällä toimineen Tšekkoslovakian legioonan esikuntapäällikkönä. Hän vaikutti siihen, että tšekkoslovakialaisten touko–kesäkuussa 1918 haltuunsa ottamat Siperian radan varrella sijainneet alueet luovutettiin Venäjän valkoisille.