Am 27. November 2011 fuhr Thalmann im Slalom in Aspen auf den 23. Platz und gewann somit erstmals Weltcuppunkte. Drei Wochen später erreichte sie mit Platz neun im Slalom von Courchevel ihr erstes Top-10-Ergebnis im Weltcup. Für den Slalom der Heimweltmeisterschaft 2013 konnte sich Thalmann nicht qualifizieren. Allerdings war sie Teil des österreichischen Weltmeisterteams beim Mannschaftswettbewerb, wo sie aber nur im Viertelfinale eingesetzt wurde. In der Saison 2015/16 schaffte Carmen Thalmann im Slalom den Sprung in die absolute Weltspitze. Nach einem 5. Platz in Aspen am 29. November 2015 erreichte sie am 29. Dezember 2015 im Heimrennen von Lienz mit einem 4. Platz das beste Weltcup-Ergebnis ihrer Karriere. Am 21. November 2016 stürzte Thalmann beim Slalomtraining in Copper Mountain und erlitt einen Riss des vorderen Kreuzbandes im linken Knie, womit für sie die Saison nach nur zwei Renneinsätzen früh zu Ende ging.