Erste internationale Erfahrungen sammelte Thomas Ayeko bei den Crosslauf-Weltmeisterschaften 2010 in Bydgoszcz, bei denen er den 18. Platz in der Juniorenwertung belegte und mit dem Team die Bronzemedaille gewann. Ein Jahr darauf gewann er bei den Crosslauf-Weltmeisterschaften in Punta Umbría die Silbermedaille sowie erneut die Bronzemedaille in der Teamwertung. Bei den Juniorenafrikameisterschaften 2011 in Gaborone gewann er die Bronzemedaillen über 5000 und 10.000 Meter. 2012 qualifizierte sich Ayeko über 10.000 Meter für die Olympischen Spiele in London und belegte dort im Finale in 27:58,96 min den 16. Platz.