Dahlby deltog i finalen i olympiska sommarspelen 2004 i Aten och var med i OS-final. Han kvalade därefter in till olympiska sommarspelen 2008 i Peking, där han tävlade i dubbeltrap. Som ett av Sveriges främsta guldhopp i OS 2008, kvalade han inte in till finalen. I OS i London 2012 vann han silver. Bland hans övriga meriter hittills utmärker sig guld i världscupfinalen i Dubai 2005, guld i världscupfinalen 2008 i Minsk, EM-guld 2003, 2004 samt 2012, och EM-silver 2006 respektive 2008. I början av 2009 satte han inofficiellt världsrekord med 196 träff av 200 möjliga.
Under OS-finalen i London 2012 tog han sig vidare till finalen som femma av sex skyttar. Inför finalen hade Dahlby tre poäng upp till medalj, men under finalen var Dahlby bästa skytt med 49 av 50 träffar. Det gjorde att han sakta klättrade upp bland placeringarna och slutade till slut på andra plats, endast två träffar efter totalsegraren. Avståndet upp till guldet före finalen var sex träffar.
Internationella medaljer i dubbeltrap
Guld
Guld Europamästerskapen Larnaca Cypern 2012
Utvald av ISSF till Världens bästa Dubbeltrap skytt mellan 2006 och 2010
Guld Cernay GP Frankrike 2011
Guld ISSF Världscup-Final Minsk 2008
Guld ISSF Världscup Kerville USA 2008
Guld Kuwait Championship 2007
Guld ISSF Världscup Dominikanska republiken 2007
Rankad 1:a på Världsrankingen 2006-2007
Guld ISSF Världscup Finalen Dubai 2005
Guld Kuwait Grand Prix 2006
Guld Italien Grand Prix Ravenna Bologna 2006
Guld Sako Beretta Grand Prix Tammerfors Finland 2006