In der Saison 1993/94 gewann Diethelm bei den Schweizer Meisterschaften 1994 Bronze über 10 km klassisch und Silber mit der Staffel und belegte bei den Olympischen Winterspielen 1994 in Lillehammer den 46. Platz über 10 km klassisch, den 41. Rang über 50 km klassisch und den 30. Platz in der Verfolgung. Zudem wurde er dort zusammen mit Jeremias Wigger, Jürg Capol und Giachem Guidon Siebter in der Staffel. Seine besten Platzierungen im folgenden Jahr bei den nordischen Skiweltmeisterschaften in Thunder Bay waren der 40. Platz in der Verfolgung und der 12. Rang mit der Staffel. Sein letztes Weltcuprennen absolvierte er im Februar 1996 in Reit im Winkl, das er auf dem 17. Platz im Sprint beendete. Dies war zugleich sein bestes Einzelergebnis im Weltcup.