Ottimo passista, ha avuto il merito di essere stato il primo belga a vincere il Tour de France (nel '12). La sua partecipazione alla gara francese fu dovuta esclusivamente al concessionario dell'Alcyone in Belgio il quale minacciò rappresaglie commerciali se Defraye fosse stato escluso dalla formazione, come era nelle intenzioni. Il corridore ripagò vincendo largamente l'ultima edizione della gara a punti (l'anno successivo Desgrange tornò alla classifica a tempi) imponendosi anche in 3 tappe e battendo alla fine Cristophe e Garrigou. Nelle altre sei partecipazioni alla Grand Boucle si ritirò sempre. Campione del Belgio nell'11, due anni più tardi si impose anche nella Milano-Sanremo, mentre nel '12 aveva conquistato anche 4 tappe e la classifica finale del Giro del Belgio.