Le Colonel Duhamel s’enrôle dans les Forces canadiennes en 1977. Après avoir terminé le cours élémentaire d’officier et obtenu son diplôme d’officier d’artillerie au Centre d’instruction au combat (CIC) en 1978, il est affecté à Lahr, en Allemagne, où il sert comme officier du poste de commandement dans un régiment d’artillerie de campagne. C’est au cours de cette affectation qu’il s’initie à la défense aérienne pendant un bref échange au sein d’une batterie antiaérienne d’aérodrome. Il est affecté à Québec en 1981 et promu capitaine; il occupe divers postes dans le domaine de la défense aérienne jusqu’en 1983, année où il est muté au CIC, au Nouveau Brunswick, afin de suivre le premier cours canadien d’instructeur d’artillerie antiaérienne à se donner depuis la fin des années 1950. Après avoir servi deux ans comme instructeur à l’École d’artillerie, il retourne en Allemagne pour commander une batterie. En 1988, il est promu au grade de major et affecté au Quartier général de la Défense nationale (QGDN) à Ottawa pour y occuper un poste d’officier d’état-major dans la Direction du recrutement et de la sélection. C’est durant cette période qu’il obtient son baccalauréat en science politique avant de retourner en Allemagne en 1990 pour prendre le commandement de la 129e Batterie de défense antiaérienne. En 1993, il suit un cours au Command and Staff College à Quetta, au Pakistan, puis, en 1994, il est promu lieutenant-colonel et nommé coordonnateur administratif du Sous-chef d’état-major de la Défense. De 1995 à 1999, il commande le 4e Régiment d’artillerie antiaérienne afin de rebâtir cette unité et de prouver sa capacité opérationnelle à défendre les ressources de l’Armée de terre, de la Marine et de la Force aérienne.
De 1999 à 2003, il occupe divers postes d’état-major au QG de l’Armée de terre, avant d’être muté au bureau de la sécurité régionale et du maintien de la paix à Affaires étrangères Canada, puis à la Direction de la politique du maintien de la paix au QGDN. Au cours de cette période, il est déployé à Mitrovica, au Kosovo, en 1999, en qualité d’officier de liaison militaire pour les Nations Unies au sein de la Brigade multinationale française (Nord), puis à Bagram, en Afghanistan, en 2002, à titre d’officier de liaison au quartier général du 18th Airborne Corps des États Unis.
Il est promu colonel en juin 2004 et nommé Directeur – Besoins en ressources humaines militaires. Il commence alors à planifier l’expansion des forces annoncée par le gouvernement. Le 5 juillet 2005, le Col Duhamel est déployé à Haïti en tant que chef d’état-major de la force militaire de la MINUSTAH et commandant du contingent canadien/de la force opérationnelle à Port-au-Prince. Depuis son retour au Canada en juillet 2006, il a premièrement occupé le poste de Directeur – Gestion du personnel de l’Armée de terre au QG de l’Armée de terre avant de prendre le poste de Directeur de l’État major de l’Armée de terre. Il a complété le cours du US Army War College à Carlisle en Pennsylvanie avant de prendre ses fonctions comme Attaché militaire à Washington, DC en 2009.