A principios del año siguiente se convirtió en teniente-general en el servicio prusiano, y al mando del III. Cuerpo de Ejército tomó parte en la campaña de Waterloo. Del campo de batalla de Ligny se retiró con el resto del ejército de Blücher a Wavre, y cuando los otros cuerpos marcharon hacia Waterloo, von Thielmann defendió este movimiento contra Grouchy, luchando en la Batalla de Wavre (18-19 de junio de 1815), contribuyendo así materialmente a la victoria en Waterloo.