Une blessure au genou l'empêchant de s'engager dans l'infanterie, Thomas Ferebee est incorporé dans l'armée de l'air et suit une formation de deux ans dans la même école que Theodore Van Kirk. Après avoir obtenu son brevet de bombardier, il est projeté sur le front de l'ouest où fait la connaissance de Paul Tibbets et retrouve son camarade de l'école de l'air, Teddy Van Kirk, qui est navigateur. Les trois hommes effectuent ensemble plus de soixante missions de bombardement sur l'Europe. Ils participent notamment aux raids de 1944 sur les importantes raffineries de Ploiești dans le cadre des bombardements stratégiques alliés contre les ressources pétrolières de l'Axe. A l'été 1944, il est recruté par Paul Tibbets pour intégrer le 509th Composite Group constitué dans le but de larguer les bombes atomiques sur le Japon.