Theissen tornou-se chefe de equipe da recém-formada BMW Sauber e, em sua primeira temporada, alcançou o quinto lugar no campeonato de construtores, uma melhoria considerável em comparação com a temporada anterior da Sauber, sendo a mesma posição conquistada pela Williams na temporada de 2005. Em 2007, a equipe da BMW Sauber terminou em segundo no Campeonato Mundial de Construtores depois que a McLaren-Mercedes foi desclassificada após um episódio de espionagem. No Grande Prêmio do Canadá de 2008, Robert Kubica e Nick Heidfeld terminaram em primeiro e segundo, respectivamente, dando à BMW sua primeira vitória como construtor. Após a decisão da BMW de vender a equipe de volta a Peter Sauber e deixar a Fórmula 1, Theissen decidiu deixar o esporte e manter sua posição como diretor da BMW Motorsport.