Som psykiater arbeidet Dahlstrøm først ved Dedichens asyl, senere ved Gaustad asyl, under Ragnar Vogt. I 1914 ble han overlege for en ny avdeling for nervøse og sinnslidende ved Ullevål sykehus. Fra 1915 var han også psykiatrisk sakkyndig for Oslo og Akershus fylker, samt psykiatrisk konsulent for Oslo vergeråd. Fra 1930 var han medlem av den rettsmedisinske kommisjonen.