Erste internationale Erfahrungen sammelte Betlhem Desalegn im Jahr 2010, als sie bei den Arabischen Juniorenmeisterschaften in Kairo in 4:24,26 min die Silbermedaille im 1500-Meter-Lauf gewann. Anschließend nahm sie dann erstmals an den Asienspielen in Guangzhou teil und belegte dort in 4:19,99 min den achten Platz über 1500 Meter, während sie im 800-Meter-Lauf mit 2:10,80 min im Vorlauf ausschied. Bei den Crosslauf-Weltmeisterschaften 2011 in Punta Umbría erreichte sie nach 27.44 min Rang 61. Daraufhin klassierte sie sich bei den Asienmeisterschaften in Kōbe mit 4:24,38 min bzw. 16:04,98 min über 1500 und 5000 Meter jeweils auf dem fünften Platz. Anschließend gewann sie bei den Panarabischen Spielen in Doha mit 16:12,71 min die Silbermedaille im 5000-Meter-Lauf hinter ihrer Landsfrau Alia Saeed Mohammed und über 1500 Meter sicherte sie sich in 4:21,50 min die Bronzemedaille hinter der Bahrainerin Genzeb Shumi und Siham Hilali aus Marokko. Im Jahr darauf gewann sie bei den Hallenasienmeisterschaften in Hangzhou in 4:16,97 min die Silbermedaille über 1500 Meter hinter der Bahrainerin Genzeb Shumi und stellte damit auch einen neuen Hallenrekord auf; Auch im 3000-Meter-Lauf gewann sie mit neuem Hallenrekord von 8:53,56 min die Silbermedaille hinter der Bahrainerin Shitaye Eshete. Damit qualifizierte sie sich über 3000 Meter für die Hallenweltmeisterschaften in Istanbul, bei den sie bei sie aber mit 9:12,63 min im Vorlauf ausschied. Über 1500 Meter nahm sie im Sommer an den Olympischen Spielen in London teil, scheiterte dort aber mit 4:14,07 min in der ersten Runde aus.