后，他成为了联邦调查局首席书记，并于1930年晋升为副局长。1936年，托尔森加入胡佛逮捕银行抢劫犯阿尔文·卡佩斯（Alvin Karpis）。当年稍晚时，托尔森与纽约市黑帮哈利·布鲁内特（Harry Brunette）发生枪战，他并在1942年参加长岛和佛罗里达州追捕纳粹余党的行动。在1947年，他成为联邦调查局副局长，负责内部预算和管理的职责。
晚年.1964年，他罹患中风，因此身体越来越虚弱。1965年，林登·约翰逊总统颁发了杰出联邦文职服务金牌给托尔森，称赞他「当伟大民