Dielemans var valinn til að keppa fyrir hollenska liðið á Ólympíuleikunum 2016 í Rio de Janeiro og var skotmaður bæði í einstaklings- og liðsleikjum. Í fyrsta lagi tókst Dielemans að telja samtals 634 stig af hámarki 720 til að fá fimmtíu og áttunda sæti sem stefndi í útrýmingarkeppnina ásamt stigum liðsins 1.981 sem safnað var frá flokkunarhringnum. Í karlaflokki var Dielemans, ásamt landsmönnum sínum Van den Berg og Van der Ven, fastur á Spánverjum með 5<unk>1 í upphafsumferðinni, áður en þeir létu sig tapa 2<unk>6 fyrir endanlegum meistara Suður-Kóreu í fjórðungsleiknum. Í einstaklingsleik karla
Dielemans reyndi sér meira áskorun í tilraun til að velta London 2012 silfurverðlaunahafi Takaharu Furukawa frá Japan, og gafst undir í Ólympíuleikunum í fyrsta umferðinni í 1<unk>7.