Hiszpanie, w czasie wybuchu pewności siebie, po niespodziewanym zwycięstwie pod Nordlingen w 1634 roku, zaplanowali duże operacje w Niemczech celem zakończenia wojny z protestantami tam i w Holandii; częścią planu było dowodzenie przez Tomasza armią w Westfalii, pod ogólnym dowództwem kardynała-infanta Ferdynanda, brata Filipa IV. Nic z tego nie wyszło, ale w 1635 r., kiedy Francja wypowiedziała wojnę Hiszpanii (wojna francusko-hiszpańska 1635-59), Tomasz służył pod dowództwem Ferdynanda w hiszpańskich Niderlandach: otrzymał dowództwo nad małą armią (ocenianą na 8.500 lub 13.000 żołnierzy) wysłaną przeciwko wojskom francuskim, które weszły do Luksemburga, otrzymał rozkazy albo obserwowania ich albo uniemożliwienia im połączenia się im z armią holenderską. W dniu 22 maja 1635 w Les Avins, na południe od Huy, na terenie ówczesnego biskupstwa Liège, został całkowicie rozbity i jego armia całkowicie zniszczona, żołnierze zginęli, dostali się do niewoli lub zostali rozproszeni – pierwsza porażka w jego karierze wojskowej. Udało mu się zmobilizować resztki w Namur, a następnie wycofać się przed przeważającymi liczebnie francuskimi i holenderskimi siłami; i najprawdopodobniej, przez resztę kampanii służył pod Ferdynandem. W końcu roku, uchodźca Karol IV, książę Lotaryński przybył do Brukseli i spotkał się z Tomaszem; oni, być może, stworzyli wspólny dwór, a Tomasz, oczywiście, brał udział w rycerskich turniejach, organizowanych przez księcia. (W tej francusko-hiszpańskiej wojnie, Piemont niechętnie zaangażował się w działaniach po stronie Francji, choć początkowo unikał pełnej deklaracji wojny; w związku z tym, że Tomasz teoretycznie walczył przeciwko swojej ojczyźnie.)