Bij de beloften won Vanthourenhout op een zwaar parcours het EK 2013, voor Mathieu van der Poel – die een hele tijd alleen op kop reed – en Gianni Vermeersch. Op het WK moest in Hoogerheide moest hij dat seizoen enkel Wout van Aert laten voorgaan. Een jaar later, in 2015, zou hij in Tábor wel wereldkampioen worden bij de beloften. In oktober 2014 behaalde Vanthourenhout in Ardooie zijn eerste profzege.