עם גיוסו לצה"ל שובץ אלעמי בחטיבת גולני. עבר מסלול הכשרה כלוחם, קורס מ"כים חי"ר וקורס קציני חי"ר. עם סיום הקורס שב לחטיבה ושימש כמפקד מחלקה וכמפקד פלוגה. במלחמת ששת הימים שימש כקצין אג"ם חטיבת כרמלי. במלחמת ההתשה, בשנים 1969–1971, פיקד על גדוד 17 (אריות הגולן). במלחמת יום הכיפורים שימש כסגן מפקד חטיבת המילואים של הצנחנים 317, שלחמה בקרבות הבלימה והתקפת הנגד הישראלית ברמת הגולן, בקרב ההבקעה לסוריה ובכיבוש החרמון הסורי. בשנים 1976–1977 פיקד על חטיבת ירושלים.