На початку Першої світової війни короткий час служив у 8-й армії і брав участь в Танненберзькій битві, після чого був переведений на Східний фронт офіцером Генштабу цепеліна Z V. 22 серпня 1914 року Томсен був призначений 1-м офіцером Генштабу 24-го резервного корпусу. Того ж дня цепелін був знищений російськими військами. Учасник боїв на Іпрі і в Карпатах. З 27 березня 1915 року — начальник штабу польової авіації. 10 серпня 1916 року за пропозицією Освальда Бельке створив перші винищувальні ескадрильї. В листопаді 1916 року штаб Томсена був розформований і він очолив штаб нового командувача ВПС Ернста фон Геппнера. Після війни працював в Прусському військовому міністерстві. 11 серпня 1919 року звільнений у відставку.