Томпсон служил послом в Советском Союзе с 1957 по 1962 год и снова с 1967 по 1969 год. В свой первый срок там он установил уникальные взаимоотношения с Никитой Хрущевым, которые способствовали урегулированию Берлинского кризиса. Настойчиво предлагал пригласить Хрущева в США, считая такую поездку путем к установлению более тесных взаимоотношений между руководителями обеих стран. Стал первым американцем, выступившим по советскому телевидению.