Diethelm, der für den SC Galgenen startete, trat international erstmals bei den Nordischen Junioren-Skiweltmeisterschaften 1986 in Lake Placid in Erscheinung. Dort belegte er den 18. Platz über 30 km, den 12. Rang über 10 km und den neunten Platz mit der Staffel. Im folgenden Jahr lief er bei den Nordischen Junioren-Skiweltmeisterschaften in Asiago auf den 17. Platz über 10 km. In der Saison 1988/89 wurde er bei den Schweizer Meisterschaften 1989 Fünfter über 15 km klassisch und Vierter über 30 km klassisch und wurde daraufhin für die nordischen Skiweltmeisterschaften 1989 in Lahti nominiert. Seine besten Platzierungen dort waren der 25. Platz über 15 km klassisch und der 12. Rang zusammen mit Jürg Capol, Giachem Guidon und Hansluzi Kindschi in der Staffel. Im folgenden Jahr gewann er bei den Schweizer Meisterschaften jeweils Bronze über 30 km klassisch und 50 km Freistil. In der Saison 1990/91 holte er bei den Schweizer Meisterschaften 1991 Bronze über 30 km klassisch und Silber mit der Staffel und lief bei den nordischen Skiweltmeisterschaften 1991 im Val di Fiemme auf den 43. Platz über 30 km klassisch, auf den 34. Rang über 10 km klassisch und auf den 32. Platz über 50 km Freistil. Zudem wurde er dort Siebter mit der Staffel. Nach Platz drei in der Verfolgung und Rang über 30 km klassisch bei den Schweizer Meisterschaften 1992 war bei den Olympischen Winterspielen 1992 in Albertville der 30. Platz über 50 km Freistil sein bestes Resultat. Im folgenden Jahr wurde er bei den Schweizer Meisterschaften Zweiter mit der Staffel und errang bei den nordischen Skiweltmeisterschaften in Falun den 58. Platz über 30 km klassisch, den 31. Platz in der Verfolgung und den neunten Platz mit der Staffel. Zudem holte er dort mit dem 27. Platz über 10 km klassisch seine ersten Weltcuppunkte.