In Folge des Attentats vom 20. Juli 1944 wurde Thomas im Rahmen der Aktion Gitter am 22. August 1944 erneut festgenommen. Zunächst wurde er ins Polizeigefängnis nach Frankfurt (Oder) gebracht. Von dort aus überstellte man ihn nach wenigen Wochen ins Arbeitserziehungslager Oderblick nahe Schwetig. Hier waren etwa 700 weitere Häftlinge untergebracht. Im Januar 1945 evakuierte man das Lager. Auf diesem sogenannten Todesmarsch wanderten die Häftlinge zunächst zum KZ Sachsenhausen. Nach einem kurzen Aufenthalt mussten sie weiter zum KZ Buchenwald wandern. Hier schloss sich Josef Thomas dem Lagerkomitee an, das Widerstand gegen die Nazis leistete. Nach der Befreiung des Lagers durch die Rote Armee wurden Inhaftierte des Lagers als Bürgermeister der nahegelegenen Ortschaften eingesetzt. Thomas war dabei für die Gemeinde Kleinobringen zuständig. Im Juni 1945 kehrte er nach Cottbus zurück.