Diletta Carli ha fatto parte della nazionale italiana impegnata ai Giochi olimpici di Londra 2012 gareggiando nella staffetta 4x200m stile libero, dove le "Azzurre" si sono piazzate al 7º posto con un tempo complessivo di 7'56"30. Con le vittorie ai Giochi del Mediterraneo di Mersin 2013 si è guadagnata altre due medaglie, l'oro nella staffetta 4x200m stile libero e il bronzo nel 200m stile libero. Lo stesso anno è salita nuovamente sul gradino più alto del podio laureandosi campionessa mondiale giovanile vincendo i 200m sl ai mondiali di Dubai 2013.