עם התערוכות העיקריות שהציג תומרקין בתקופה זו נמנות: התערוכה "גנסטרים" (1967) בגלריה גורדון, "דיוקנו של האמן כאיש צעיר" (1968) במוזיאון תל אביב, ועוד. בעקבות ההצלחה הרבה של תצוגותיו זכה תומרקין ב-1968 ב-"פרס סנדברג" מטעם מוזיאון ישראל ביחד עם הצייר אריה ארוך. הייתה זו פעם שנייה שבה חולק הפרס, ובמסגרתו נרכש על ידי המוזיאון הפסל "אורים ותומים". בשנת 1969 הציג תומרקין בתערוכת "+10 בעגול" בגלריה גורדון בתל אביב, במסגרת שיתוף הפעולה שלו עם קבוצת +10 של רפי לביא. בשנת 1970 השתתף בתערוכה נוספת של הקבוצה: "+10 עולה על הוונוס" באותה גלריה.
קבוצת הפסלים המכונה "אסטרונאוטים", שנוצרה בסוף שנות השישים, מהווה מעבר מן האופי האקספרסיבי של יצירתו המוקדמת שבה "הומרו לוחמיו באסטרונאוטים, הגרוטאות - בהלחמות מלוטשות מצופות ניקל, ותפיסת האסמבלאג' האכספרסיוניסית בעימות חד בין פנים לחוץ" פסלים נוספים שנעשו באותו זמן, מרביתם דמויות נשים, עושים שימוש בבובות חלון ראווה (מנקין) שעל ראשיהן עיצב תומרקין מעין כובעים מקושטים גדולים ברוח סוריאליסטית.
1970–1978: מלנכוליה בפלדת אל-חלד.
במהלך שנות השבעים של המאה ה-20 זנח תומרקין את סגנון הפיסול האסמבלאז'י שאפיין אותו עד אז. "הגאומטריה שהתחילה בשנות השישים בפסלי חוץ ובמונומנטים", תיאר תומרקין את השינוי בסגנונו, "הולכת ומשתלטת בצורה יותר מסובכת בפסלים האלה. [...] הקומפוזיציות הן יותר מרחביות מאשר מישוריות – ישנה גם חזרה של אותו גוף מספר פעמים באותה קומפוזיציה כדי להגביר את המתח ואת היש של הדבר החשוב". הפסל "התרחשויות" (1972), המוצב בקמפוס אוניברסיטת תל אביב, מהווה דוגמה לגישה חדשה זו ביצירתו: הוא עשוי כמונומנט מופשט, המשלב בין יציקת בטון ומתכת המעוצבים בצורות גאומטריות לבין אלמנטים בעלי צורה גלית או מפותלת.
על אף השימוש בצורות אלו מרבית עבודותיו בתקופה זו התרחקו מן הפיסול המופשט והמשיכו לרמוז על סמלים תרבותיים. בין עבודות אלה בולטת קבוצת פסלים עשויים פלדת אל חלד, ביניהם "בועז ויכין", "צלבנים" (1972), "מחווה ליוהאנס קפלר" (1972) וסדרת עבודות שנוצרו בהשפעת התחריט "מלנכוליה" מאת אלברכט דירר. גישה גאומטרית בולטת גם בעיצוב גן הפסלים בחולון שנפתח ב-1972, ועוצב על ידי תומרקין כמבוך של חומות בטון המובילות את עין הצופה ויוצרות חללים שונים - כרקע לפסליו.
היצירה הידועה ביותר מתקופה זו היא "אנדרטה לשואה ולתקומה", אשר נבחרה ב-1972 במכרז על ידי ועדה, שבין חבריה היו אריה שרון, יסקי ומנהל "בצלאל" באותה עת דן הופנר. הפסל נבחר על ידי הוועדה לשמש כאנדרטה עירונית לזכר השואה בכיכר מלכי ישראל (כיום כיכר רבין), קרוב לפינת רחוב אבן גבירול ורחוב פרישמן. תומרקין הציב בכיכר מבנה של פירמידה הפוכה העשויה מתכת, בטון וזכוכית. הפירמידה ניצבת על גבי בסיס בצורת משולש הצבוע בצבע צהוב המאזכר את הטלאי הצהוב. שני מרכיבים אלו יוצרים יחד צורת מגן דוד. תומרקין ראה בצורת האנדרטה "כלוב-כלא הנפתח ונפרץ. פירמידה הפוכה, שהבא בתוכה כלוא בבסיסה הצר והמעיק". השימוש בצורת הפירמידה הופיע עוד בעבודות נוספות של האמן.
במהלך מלחמת יום הכיפורים התלווה תומרקין לכוחות צה"ל כצלם וכתב צבאי. צילומיו מאז, כמו גם חומרים ויזואליים נוספים ובהם דימויים מיצירותיו של פאולו אוצ'לו, שימשו אותו ליצירת סדרה של 30 הדפסי משי על בד, שהוצגו בתערוכת היחיד "רשמי מלחמה", שנפתחה ב-4 בינואר 1974 במוזיאון תל אביב והוצגו גם בין כותלי המוזיאון היהודי של ניו יורק וכן במשכן לאמנות בחולון. טכניקת ההדפס אפשרה לתומרקין ליצור, מצד אחד, תגובה ישירה בעלת ממד תיעודי, ומצד שני ליצור הרחקה רגשית וניכור של אירועים אלו, באמצעות אופי קולאז'י, שימוש בצבעוניות "פופית" וכדומה.
בין השנים 1974–1979 שהה תומרקין בארצות הברית וביקר מעת לעת בישראל. בתקופה זו יצר קבוצה של עבודות רוחביות וצמודות לקרקע, המורכבות משילוב של מסגרות מתכת וזכוכית, בהן סדרת "קיר רפלקטיבי".
1978–1985: מן האדמה אל אמנות האדמה.
בשלהי שנות השבעים הופיעו ביצירותיו של תומרקין אלמנטים המושפעים מאמנות אדמה, מהארטה פוברה ומגישות מושגיות אחרות. חלק מהשפעות אלו נבעו מיצחק דנציגר, פסל שעבודותיו בשנות השישים והשבעים עירבו מוטיבים פולקלוריסטיים מקומיים, אלמנטים אקולוגיים, הפשטה מודרניסטית וכן גישה מטאפיזית לחומר. בשונה מעבודותיו של דנציגר, יצירותיו של תומרקין, כמו גם של אמנים נוספים שהושפעו מדנציגר באותה עת (בייחוד האמנים הקשורים לפרויקט מצר-מסר), המשיכו להתייחס גם לאירועים פוליטיים בני הזמן.
ב-1978 יצר תומרקין את העבודה "שובך יונים" – מבנה עשוי אדמה דמוי שובך, המבוסס על מבנים דומים אותם ראה בעת ביקור במצרים. ה"שובך" הונף על גבי עמודי מתכת לגובה של כחמישה מטרים והוצב על קרקע של פלסטיני כהתרסה כנגד התנחלות שילה שהוקמה באותה עת על ידי גוש אמונים. בכך ביקש תומרקין להביע את התנגדותו להריסת כפרים פלסטינים וגירוש יושביהם.
באותה שנה הציג תומרקין במוזיאון ישראל תערוכה בשם "חמש וריאציות על נושא האדמה", בה הוצגו פסלים ודגמים שבהם נעשה שימוש בחול ובאדמה; במרכז סדרת העבודות עמד גוש אדמה ריבועי הנתון במסגרת פיסולית מודרניסטית. הוצאת האדמה מסביבתה הטבעית הפכה אותה למעין מזבח המייצג יחסים מורכבים בין התרבות המודרנית לזו המסורתית, הטבעית והשורשית. אדם ברוך אמר שקבוצת פסלים אלה "הינה סמל לישראליות, בהיותה סינתזה של אדמה וברזל ושל אזכורי פולחן" בעוד יונה פישר עמד על היחס המורכב של תומרקין לאובייקט האמנותי באותה עת וראה ביצירות הללו "מעבר מפעולה אמנותית-סמלית באתר ליצירה עצמאית המוצגת בסביבה מוזיאלית".
לעומת עבודות אלו, הספר "עצים, אבנים ובדים ברוח" של תומרקין, מ-1981, הציג דימויים רבים מן התרבויות הפולחניות העממיות הפלסטינית, היהודית והבדווית, שהפכו בעבודותיו לסדרת פעולות אמנותיות סביב עצים. הפעולות הפיסוליות שביצע תומרקין עירבו בין המוטיבים העממיים, כגון קשירת בדים צבעוניים לעץ, לבין אלמנטים פיסוליים מודרניים. תומרקין הגדיר זאת כ"ניסיון להיות חלק פעיל במכלול: לגעת בנוף, לא לאונסו".בעבודה "הגדרת עץ התולע" (1980–1981) למשל, הציב תומרקין סדרה של חמישה לוחות זכוכית המקיפים עץ אלון התולע שניצב בשטח קיבוץ אילון, אל מול שרידי היישוב איקרית. בנוסף מתח כבל מתכת בין העץ לאדמה, שעליו נתלו בדים צבעוניים. סדרת עבודות זו, הקשורה לעצים המקומיים, לדברי יגאל צלמונה "מהווה ביטוי לקשר שבין האדם לאדמה".
סביבה אמנותית שונה עוצבה על ידי תומרקין באותה עת ב"פסל לטייסים", שכלל מסוק צבאי שיצא משימוש המוקף בגדר עמודי עץ. הפסל מהווה אלמנט מרכזי בגן פסלים שנחנך ב-9 בדצמבר 1983 בבסיס חיל האוויר פלמחים, על שטח של כשישה דונם.
באותה עת, ובייחוד בין 1980-1979, יצר תומרקין מספר סדרות גדולות של הדפסים, שכללו בין 5 ל-7 הדפסים שונים, ששיקפו נושאים שהעסיקו אותו החל ממחצית שנות ה-70. עבודות אלו הודפסו בסדנאות כ-מרכז ברסטון לגרפיקה, ובייחוד בסדנת ההדפס ירושלים. בין סדרות אלו התצריבים "אדיפוס רקס" (1979-1978), "קרב העיוורים והחזירה - להיינריך פון קלייסט" (1979), "קולנוע" (1979), "מתיאס גרונוואלד" (1980-1978) וסדרת הדפסי הרשת "עצים וקברים" (1983-1979). העבודות, כמו ההדפס "פייטה, פייר פאולו פאזוליני", אופיינו בשילוב קולאז' בין הדימויים, תוך הדגשת האלמנטים הפיסוליים שבחיבור-פלטות תצריבי.
1985–2017: בין השמים הגבוהים של הים התיכון לשמים הנמוכים של אירופה.
החל ממחצית שנות השמונים של המאה ה-20, ובייחוד במהלך שנות התשעים, הופיעו ביצירותיו בתדירות הולכת וגדלה דימויים פיגורטיביים המתכתבים עם ההיסטוריה ועם התרבות המערבית במאה ה-20. דיוקנאותיהם של אישים כפרנץ קפקא, וולטר בנימין, וינסנט ואן גוך ואחרים שובצו בעבודותיו של תומרקין כסמלים תרבותיים המבטאים הזדהות עם הגותם וגורלם של אישים אלו.
בריאיון עיתונאי הסביר תומרקין את יחסו המורכב לתרבות ולחברה באומרו "יש לי סלידה מהשמים הגבוהים של הים התיכון ומהשמים הנמוכים של אירופה; אז אני נשארתי לא פה ולא שם, אני נע בין שניהם". יחס זה תורגם לעיסוק שיטתי בהיסטוריה של אירופה. בסדרת העבודות "מברטה השמנה עד רוזה האדומה" (1984–1989) למשל, יצר תומרקין מבנה של קרונית הנעה על פסים ועליה מותקן פגז המסמל את "ברטה השמנה" – כינויו של תותח גרמני ממלחמת העולם הראשונה, המכוון אל דמותה של רוזה לוקסמבורג. הפסלים, העושים שימוש במגזרת מתכת (סילואטה), בקרוניות על פסי רכבת, יוצרים מתח בין תנועה לסטטיות, וכן בשימוש בצבע יסוד המאחד את חלקי הפסל, והם אופייניים לסגנונו של תומרקין בתקופה זו. תומרקין הגדיר את הדימוי כ"מסמל את הקשת של האידיאלים הפוליטיים בעידן המכונה הראשון".
עבודות נוספות של תומרקין עסקו גם בגורלה של גרמניה בתקופת מלחמת העולם השנייה. בסדרת העבודות הנושאת את כותרת שירו של היינריך היינה "גרמניה. אגדת חורף", או "רקוויאם גרמני" (1991–1992), חידד תומרקין את ההבחנה שבין מוטיבים גאומטריים-שכלתניים, לבין דימויי כאוס והרס. בפסל "Macht Arbeit Frei?" (1992), בחר תומרקין להשתמש שוב בדימוי הפירמידה מהעבודות המוקדמות שלו, "כסמל נצחי של אבן הפינה של החברה האנושית", שהפכה ביצירה ל"בית חרושת ענק למוות". פסל זה זכה ב-1992 בפרס הראשון בתחרות פרס רודן לפיסול, מטעם מוזיאון האקונה ומוזיאון אוצוקושי גאהרה ביפן. בעקבות הזכייה הוצב במוזיאון פסלו "שבעת עמודי החוכמה שלי כמחווה להרי יפן" (1992).