לפי חוקת המדינה, לא יכול היה ת'ורמונד להתמודד על כהונה שנייה כמושל ב-1950, ולכן החליט להתמודד בבחירות המקדימות על המושב הדמוקרטי בסנאט. כיוון שהמפלגה הדמוקרטית שלטה במדינה, היה ברור שהמנצח בבחירות המקדימות יהיה הסנאטור. שני המועמדים דחו את הנשיא טרומן במהלך מסע הבחירות. ת'ורמונד הפסיד, כשהוא זוכה ל-46% מקולות הבוחרים. היה זה הפסדו הפוליטי היחיד.
ב-1952, תמך בדווייט אייזנהאואר הרפובליקני לנשיאות, ולא במועמד הדמוקרטי עדלי סטיבנסון. מנהיגי המפלגה המקומיים מנעו מת'ורמונד לקבל את המועמדות לסנאט ב-1954, והוא רץ כמועמד עצמאי.
קריירה בסנאט.
שנות החמישים.
הסנאטור הדמוקרטי היוצא לא זכה לתחרות בבחירות של 1954, אולם מת בספטמבר, חודשיים לפני יום הבחירות. המנהיגים הדמוקרטים מינו במהירות את הסנאטור המקומי אדגר בראון כמועמד חלופי. רבים כעסו על החוסר בבחירות מקדימות, בעיקר בגלל שלא הייתה חלופה לדמוקרטים במדינה. ת'ורמונד הכריז על התמודדותו כמועמד עצמאי.
בהמלצת המושל, הבטיח ת'ורמונד שאם ייבחר לסנאט, יתפטר ב-1956 כדי להתמודד בבחירות מקדימות בהן יוכל להיבחר. היה ברור לכולם שהבחירות בתוך המפלגה היו התחרות האמיתית לגבי איוש התפקידים. המפלגה הרפובליקנית, שמשכה את תמיכת השחורים, יכלה להשפיע על המועמד הנשיאותי אולם הייתה חסרת השפעה ברמה המקומית.
ת'ורמונד ניצח בקלות בבחירות ב-1954. כפי שהבטיח, התפטר ב-1956 כדי לרוץ בבחירות המקדימות וניצח גם בהן. לאחר היבחרו מחדש ב-1956, נבחר מחדש לסנאט בידי הבוחרים המקומיים עד לפרישתו כעבור 46 שנים.
ת'ורמונד תמך בהפרדה הגזעית במהלך רוב כהונתו. הוא הכריז שהתנגד לפסק דין בראון נגד מועצת החינוך שקבע שהפרדה גזעית בבתי ספר ציבוריים לא הייתה חוקתית.
בניסיון למנוע את העברת חוק זכויות האזרח של 1957, נאם ת'ורמונד את הפיליבסטר הארוך ביותר עבור סנאטור, ונאם במשך 24 שעות ו-18 דקות. מיטות מתקפלות הובאו ממלון סמוך כדי שהמחוקקים יוכלו לישון בזמן שת'ורמונד נאם על נושאים מוזרים ולא קשורים, כולל המתכון של סבתא שלו לביסקוויטים. סנאטורים דרומיים אחרים, שהסכימו כחלק מפשרה לא לנקוט בפיליבסטר, כעסו עליו כיוון שחשבו שהתנגדותו לחוק פגעה במעמדם.
שנות השישים.
ת'ורמונד היה במסלול התנגשות עם המפלגה הדמוקרטית, שמנהיגה החלו לתמוך בתנועה לזכויות האזרח שהובלה בידי שחורים בדרום שחפצו באכיפה של זכויותיהם החוקתיות, כזכות הצבעה וכשוויון בפני החוק. עם העברת חוק זכויות האזרח של 1964, החלו השחורים במדינת קרוליינה הדרומית להצביע. ב-16 בספטמבר 1964, עבר ת'ורמונד אל המפלגה הרפובליקנית.
הוא תפס תפקיד חשוב במשיכת הבוחרים הלבנים ממדינתו לתמיכה במועמד הרפובליקני לנשיאות, בארי גולדווטר, ב-1964, ובריצ'רד ניקסון ב-1968. קרוליינה הדרומית ומדינות דרומיות אחרות תמכו בדמוקרטים בכל מערכת בחירות מאז סוף תקופת השיקום, כשהדמוקרטים הלבנים השתלטו על הדרום, עד ל-1960. אולם הכעס כלפי תמיכת הדמוקרטים בזכויות האזרח הובילה לכך שג'ון פיצג'רלד קנדי בקושי זכה במדינה ב-1960. עדלי סטיבנסון בקושי זכה במדינה ב-1952 בהפרש של 5,000 קולות ועם 50.72% מהקולות, בהשוואה ל-49.28% לדווייט אייזנהאואר. לשם השוואה, ב-1948, קיבל המועמד הרפובליקני תומאס דיואי 3.78% מהקולות (ת'ורמונד, שרץ כ"דיקסיקרט", זכה ל-71.97% מהקולות, וטרומן זכה ל-24.14% מהקולות, כלומר 96.11% מהקולות הלכו לדמוקרטים). (ב-1960, זכה ת'ורמונד ל-14 אלקטורים שתמכו בו כסגן נשיא מתוך חמישה עשר שהיו אמורים לתמוך בהארי בירד לנשיאות).
לאחר רצח קנדי, תמך הנשיא לינדון ג'ונסון בחוק זכויות האזרח ובהבטחת זכות הצבעה לשחורים. החוקים חיסלו את ההפרדה הגזעית וסייעו לממשל לאכוף את זכויות האזרח בעזרת פיקוח על הבחירות במדינות בהן הופלו שחורים. השמרנים התנגדו לכך, כולל הסנאטור רוברט בירד, שנאם כנגד החוק במשך ארבע עשרה שעות ו-13 דקות. גולדווטר ניצח בקרוליינה הדרומית בהפרש גדול.
ב-1966, נבחר ארנסט הולינג, המושל לשעבר, לייצג את קרוליינה הדרומית בסנאט. הוא שירת עם ת'ורמונד במשך 36 שנים, והם היו זוג הסנאטורים ששירת הכי הרבה זמן בתולדות המדינה. הם היו חברים טובים והוותק שלהם העניק למדינתם השפעה על הסנאט.
בוועידה הרפובליקנית הלאומית ב-1968, הצליח ת'ורמונד להביא לתמיכה דרומית בריצ'רד ניקסון, למרות ניסיונו של מושל קליפורניה, רונלד רייגן, להיכנס למירוץ. מושל ניו יורק, נלסון רוקפלר, גם ניסה להתמודד אולם לא הצליח. במסע הבחירות בסתיו, זכה ניקסון ב-38% מקולות קרוליינה הדרומית והצליח להשיג את האלקטורים שלה. ג'ורג' וולאס תומך ההפרדה הגזעית התמודד גם הוא, וקולות הדמוקרטים התפלגו בינו (32.3%) למועמד הדמוקרטי, יוברט האמפרי, שזכה ל-29.6% מהקולות. מדינות הדרום האחרות תמכו ברובן בוולאס.
ת'ורמונד השתיק את החשש השמרני שניקסון ימנה סגן רפובליקני ליברל. ניקסון הסכים למנות את מושל מרילנד, ספירו אגניו, להיות סגנו.
ת'ורמונד הצליח למנוע את מינויו של אייב פורטס, שופט ליברל, לתפקיד נשיא בית המשפט העליון של ארצות הברית. הוא מנע מהנשיא ג'ונסון לבצע את המינוי עד שניקסון נכנס לתפקידו.
ת'ורמונד זלזל בהחלטת בית המשפט מ-1969 שציוותה על שילוב גזעי בבתי הספר הדרומיים. הדרום התנגד מאז 1954 לפסיקה שההפרדה הגזעית בבתי הספר אינה חוקתית. ת'ורמונד שיבח את ניקסון במשבר וטען שניקסון מנע את המיזוג הגזעי ותמך בדרום.
שנות השבעים.
בשל השפעתו בממשל ניקסון, הצליח ת'ורמונד להשיג כסף ממשלתי רב, מינויים ממשלתיים ופרויקטים לקרוליינה הדרומית. הוא נחשב לנציג הבולט של מדינתו בממשל.
בבחירות לתפקיד המושל ב-1970, מועמדו המועדף של ת'ורמונד, אלברט ווטסון, הובס בידי יריבו ג'ון ווסט. ווטסון ערק לרפובליקנים ב-1965 בעקבות ת'ורמונד, ונחשב לקרוב אליו. הוא הפסיד בעיקר בגלל התנגדותו לחקיקת זכויות האזרח. ת'ורמונד נאלץ להתמתן בנושא יחסים בין גזעיים.
ב-1970, ביקש ת'ורמונד מניקסון למנות את ג'וזף רוג'רס, הבן, עוד עורק לרפובליקנים מטעם קרוליינה הדרומית, לתפקיד המושל. ככל שהמינוי התעכב, התייאש רוג'רס ולבסוף סירב להתמודד. הוא טען שממשל ניקסון הושפע מהתנגדות ה-NAACP למינויו.
ב-4 בפברואר 1972, שלח ת'ורמונד מברק לאנשי ניקסון לצורך גירושו של ג'ון לנון מארצות הברית בגלל פעילותו הפוליטית. המסמך טען שהשפעתו של לנון על צעירים יכולה להזיק לניסיונו של ניקסון להיבחר מחדש, והציע לבטל ללנון את הוויזה. עד 1976 איים ממשל ניקסון בגירוש לנון. המסמכים התגלו בתיקי ה-FBI לאחר חקיקת חוק חופש המידע.
באותה התקופה האזין השירות החשאי לשיחותיו של ת'ורמונד.
ב-1976, הופיע ת'ורמונד בתשדיר למען הנשיא היוצא, ג'רלד פורד, מול מושל ג'ורג'יה לשעבר, ג'ימי קרטר. בתשדיר טען ת'ורמונד שפורד (שנולד בנברסקה וגר רוב חייו במישיגן) נשמע כמו דרומי יותר מקרטר.
עמדותיו בנוגע לגזע לאחר שנות השבעים.
בשנות השבעים, השחורים היו 30% מאוכלוסיית קרוליינה הדרומית. אלפי שחורים עזבו את המדינה במחצית הראשונה של המאה העשרים לטובת מדינות הצפון. לאחר חוק זכויות ההצבעה, השחורים יכלו להצביע בקרוליינה הדרומית. הפוליטיקאים לא יכלו להתעלם מהם ומהלבנים שתמכו בזכויות האזרח.
ת'ורמונד מינה חבר שחור לצוות הסנאט שלו ב-1971. ב-1983 תמך בחקיקה להפיכת יום הולדתו של מרטין לותר קינג לחג לאומי. עד שנת 2000 קרוליינה הדרומית העניקה זכות לעובדים לחגוג את חג זה או אחד משלושה חגים של הקונפדרציה. למרות זאת, ת'ורמונד לא גינה את עמדותיו לגבי ההפרדה הגזעית.
סוף הקריירה.
ת'ורמונד מונה לתפקיד הנשיא הזמני של הסנאט של ארצות הברית ב-1981, וכיהן בתפקיד הטקסי במשך שלוש כהונות, לצד יריבו רוברט בירד, בהתחשב במפלגת הרוב בסנאט. הוא שמר על מערכת יחסים קרובה עם ממשל רייגן.
ת'ורמונד היה חבר בוועדת המשפטים של הסנאט במהלך השימועים של קלרנס תומאס ב-1991 ועבד עם ג'ו ביידן, יושב ראש הוועדה (שלימים יהפוך לנשיא ארצות הברית). הוא הצטרף למיעוט הרפובליקנים שתמכו בחוק להגבלת הנשק החם.
ב-5 בדצמבר 1996, הפך לסנאטור המבוגר ביותר, וב-25 במאי 1997, לסנאטור הוותיק ביותר (41 שנים ועשרה חודשים), והצביע בפעם ה-15,000 בספטמבר 1998. כעבור חודש, כשג'ון גלן עמד לעלות אל טיסת STS-95, בעודו בן שבעים ושבע, שלח לו ת'ורמונד, המבוגר ממנו בתשע עשרה שנים, הודעה שבה טען שגם הוא רוצה לטוס.
לקראת סוף כהונתו בסנאט, טענו מבקריו של ת'ורמונד על נסיגה ביכולותיו השכליות. תומכיו טענו מנגד שאמנם גילו המופלג מעיב על עבודתו הפרלמנטרית, אך הוא נותר פעיל וצלול, ושהגיע לכל הצבעה. בראשית 1999, כפי שהבטיח, התפטר מתפקידו כיושב ראש ועדת הכוחות המזוינים של הסנאט של ארצות הברית.
ת'ורמונד סירב להיבחר מחדש בשנת 2002, והוחלף בידי לינדזי גרהאם, שעדיין מכהן כסנאטור.
ת'ורמונד עזב את הסנאט בינואר 2003, כסנאטור בעל תקופת הכהונה הארוכה ביותר (שיא אותו שבר בירד). בנאום הפרידה שלו, הודיע שהוא אוהב את כל הסנאטורים, ובעיקר את נשותיהם, כרמז לאופיו הפלרטטן. ביום הולדתו המאה, עם חגיגת פרישתו, הודה לכל הסנאטורים על מעשיהם.
יום הולדתו המאה של ת'ורמונד נחגג ב-5 בדצמבר 2002.
חיים אישיים.
נישואין וילדים.
ת'ורמונד היה בן ארבעים וארבע כשנישא לאשתו הראשונה, ג'ין קראוץ' (1926–1960) באחוזת המושל של קרוליינה הדרומית. באפריל 1947 שפט בתחרות יופי שבה נבחרה קראוץ' למיס קרוליינה הדרומית. הוא שכר אותה לתפקיד מזכירתו הפרטית. ב-13 בספטמבר 1947, הציע לה נישואין. היא מתה כעבור שלוש עשרה שנים מגידול מוחי בגיל שלושים ושלוש. לא היו להם ילדים.