Le Dr Dallemagne est un pionnier de la chirurgie mini-invasive et le premier à avoir réalisé et rapporté avec succès l'approche laparoscopique de la fundoplicature de Nissen. Rompant avec les procédures endoscopiques dans le domaine de la chirurgie générale, ses publications incluent la recherche clinique dans les domaines de la cholécystectomie, de l'œsophagectomie, de la fundoplicature endoscopique, de la vagotomie, de la douleur abdominale et de la pancréatite. Il s'est associé au professeur Jacques Marescaux pour réaliser la première cholécystectomie transvaginale notée en avril 2007.
Ses domaines d'intérêt sont les aspects médicaux et chirurgicaux des troubles de l'œsophage et de l'intestin, les maladies bilio-pancréatiques, la chirurgie mini-invasive et guidée par l'image. Le Dr Dallemagne est un membre éminent de nombreuses sociétés chirurgicales internationales, y compris le Groupe belge de chirurgie endoscopique et l'Association européenne pour la chirurgie endoscopique et d'autres techniques d'intervention. En 1996, le Dr Dallemagne a reçu le prix EXCEL de la Society of Laparoendoscopic Surgeons.