Im Jahre 1864 wurde Diemer zum Vorstand der großherzoglichen Bezirksbauinspektion in Donaueschingen ernannt. Im darauf folgenden Jahre erhielt er einen Ruf als Leiter der evangelischen Kirchenbauinspektion in Karlsruhe. Diemer leitete die Renovierung der Kirchen in Lahr (Stiftskirche Lahr), Pforzheim (Martinskirche) und Kenzingen. Unter seiner Leitung entstanden Kirchenneubauten in Lahr (Christuskirche), Eppingen, Sulzfeld, Rheinbischofsheim, Freiburg im Breisgau (Christuskirche), Ettlingen, Gaggenau und Karlsruhe (Johanniskirche).