Ο Θρασύβουλος επέστρεψε στη δράση ωστόσο, στη Ναυμαχία των Αργινουσών το 406 π.Χ. Ορίστηκε τριήραχος του αθηναϊκού βοηθητικού στόλου που εστάλη να υποστηρίξει το ναύαρχο Κόνωνα, που είχε αποκλειστεί στη Μυτιλήνη. Η μάχη αυτή είχε θετικό αποτέλεσμα για τους Αθηναίους. Ακολούθως, οι ναύαρχοι πήραν την πλειονότητα των πλοίων για να επιτεθούν στους Πελοποννήσιους που απειλούσαν τον Κόνωνα, αφήνοντας πίσω τον Θρασύβουλο και το συνεργάτη του, Θηραμένη, να μαζέψουν τους επιζώντες. Η επιχείρηση αυτή εμποδίστηκε, ωστόσο, από μια ξαφνική καταιγίδα που παρέσυρε τα διασωστικά στην ξηρά, με αποτέλεσμα ένας τεράστιος αριθμός Αθηναίων - οι εκτιμήσεις αναφέρουν έναν αριθμό ανάμεσα στους 1.000 και 5.000 - βρήκαν το θάνατο από πνιγμό. Έτσι ξέσπασε ένα από τα μεγαλύτερα πολεμικά σκάνδαλα της αθηναϊκής ιστορίας, με το Θηραμένη και τους άλλους στρατηγούς να συγκρούονται σχετικά με το ποιος ήταν κύριος υπεύθυνος. Ο Θρασύβουλος για άγνωστους λόγους, ενεπλάκη ελάχιστα στις διαμάχες αυτές.