Unter dem Kommando des Prinzen Eugen von Savoyen nahm er am Venezianisch-Österreichischen Türkenkrieg teil. Hier focht er 1717 in der Schlacht von Belgrad. Der ganze Feldzug war auf die Eroberung dieser Stadt ausgerichtet. Mitte Juni begann die Belagerung der mit 30.000 Osmanen besetzten Festung durch die Truppen Prinz Eugens. Am 23. Juli begann die Beschießung. Anfang August traf ein 200.000 Mann starkes osmanisches Entsatzheer ein und belagerte nun seinerseits die 70.000 Soldaten starke österreichische Armee. Noch bevor die zahlenmäßig überlegene Entsatzarmee in den Kampf eingreifen konnte, ging Prinz Eugen am 16. August zum Angriff über, der nach langen und erbitterten Gefechten schließlich mit einem überwältigenden Sieg der österreichischen Truppen endete. Das Entsatzheer floh und die Stadt ergab sich am 22. August. Damian Casimir von Dalberg erlitt am ersten Angriffstag (16. August) schwere Verwundungen, an denen er am 18. August starb. Er wurde auf dem Schlachtfeld beigesetzt und ist neben den Feldmarschallleutnants Fürst Joseph Anton von Lobkowitz und Graf Johann Georg von der Hauben einer der drei ranghöchsten, auf österreichischer Seite vor Belgrad gefallenen Soldaten.