Seinen Durchbruch als Schauspieler erlebte er im 2013 erschienenen Spielfilm "Der Fremde am See", in dem er die Rolle des jungen Homosexuellen Franck übernahm. Der sexuell freizügige Film erlebte am 17. Mai 2013 auf den Internationalen Filmfestspielen von Cannes seine Premiere. Deladonchamps gewann 2014 für "Der Fremde am See" einen César als Bester Nachwuchsdarsteller. Es folgten der Spielfilm "Une enfance" unter der Regie von Philippe Claudel sowie der von ARTE produzierte Fernsehmehrteiler "Trepalium: Stadt ohne Namen". Eine zweite César-Nominierung erhielt Deladonchamps 2017 für "Die kanadische Reise". Für seine Darstellung des jungen Mathieu, der nach dem Tod seines ihm unbekannten Vaters auf eine Reise zu seinen familiären Wurzeln geht, wurde er für den Preis in der Kategorie Bester Hauptdarsteller nominiert. Im Jahr 2017 spielte er in "Nos années folles" unter der Regie von André Téchiné den jungen Soldaten Paul Grappe, der im Ersten Weltkrieg desertiert und den Fängen der Justiz zu entkommen versucht, indem er sich als Frau ausgibt.