Tilhonen gab sein internationales Debüt bei den Lahti Ski Games 1931, bei denen er von der Salpausselkä-Schanze den zweiten Rang hinter Sven Selånger belegte. Zwei Jahre später erzielte er als Fünfter erneut ein starkes Resultat. Bei den nordischen Skiweltmeisterschaften 1934 in Sollefteå erreichte er mit Sprüngen auf 45 und 53 Metern den 27. Platz.