Dielemans va ser seleccionat per competir per a l'equip holandès als Jocs Olímpics d'estiu de 2016 a Rio de Janeiro, tirant tant en tornejos individuals com d'equip. En primer lloc, Dielemans va aconseguir un total de 634 punts d'un màxim de 720 per obtenir un cinquanta-vuitè títol cap a l'etapa d'eliminació, juntament amb la puntuació del seu equip de 1.981 acumulada de la ronda de classificació. En l'equip masculí, Dielemans, juntament amb els seus compatriotes Van den Berg i Van der Ven, van disposar fermament dels espanyols amb un resultat de 5 a 1 en la ronda inaugural, abans d'admetre una derrota de 2 a 6 contra l'eventual campió Corea del Sud durant el seu partit de quarts de final. En el individual masculí
En el seu debut olímpic, Dielemans va ser més desafiador en un intent de derrocar el medallista de plata de Londres 2012, Takaharu Furukawa, del Japó, sucumbint a una derrota en la primera ronda a 1<unk>7.