Wegen seiner Leistungen im Rugby Union wurden einige Rugby-League-Clubs auf Thornett aufmerksam. Auf ein Angebot des Clubs seines Bruders Ken, den Parramatta Eels aus Sydney, wurde er Anfang 1963 Rugby-Profi und wechselte zum League-Code. Für die "Eels" spielte er in neun Spielzeiten 168 mal. Auch als League-Second-Row-Spieler machte er schnell von sich reden und wurde bereits im Sommer desselben Jahres für zwei Spiele gegen Südafrika für die Kangaroos eingesetzt. Bis 1968 wurde er in insgesamt 14 Tests für seine Heimat eingesetzt, darunter auch dreimal bei der Rugby-League-Weltmeisterschaft 1968, wo er Weltmeister wurde.