Von 2011 an erhielt Femling zunächst sporadische, später regelmäßige Einsätze im IBU-Cup. Er etablierte sich in der zweithöchsten Wettkampfserie im Erwachsenenbereich mit Platzierungen im Mittelfeld. Mit 21 Jahren wurde er als bester Schwede seiner Altersklasse in den Nationalkader von Trainer Johan Hagström berufen. Im Januar und März 2014 nahm Femling erstmals an Weltcuprennen teil und belegte in den Sprints von Oberhof und Oslo den 89. beziehungsweise den 86. Platz. Nach den Rücktritten von Björn Ferry und Carl Johan Bergman im Anschluss an die Olympischen Winterspiele 2014 bekam er einen festen Platz in der ersten schwedischen Mannschaft. In den folgenden Wintern erreichte er in einzelnen Rennen die vorderen 40 Plätze und sammelte damit Weltcuppunkte. Ein 21. Rang im 20-Kilometer-Wettkampf am Osloer Holmenkollen im März 2015 war dabei über Jahre sein bestes Ergebnis in einem Einzel-Weltcuprennen. Zudem nahm er an Großereignissen teil und fand mehrmals Berücksichtigung in Staffeln, wobei er keinen Stammplatz hatte, sondern sich mit Teamkollegen wie Ted Armgren und Tobias Arwidson, später Martin Ponsiluoma abwechselte. Bei den Olympischen Winterspielen 2018 belegte Femling im Sprint einen 32. und in der Verfolgung den 42. Platz. In der abschließenden Männerstaffel nahm er die Position des Startläufers ein und übergab an fünfter Stelle an Jesper Nelin. Die Staffel, deren Schlusspositionen Sebastian Samuelsson und Fredrik Lindströn einnahmen, gewann die Goldmedaille – mit seinem ersten Podiumsergebnis in einem internationalen Rennen wurde Femling damit Olympiasieger.