Nach seiner ersten Profisaison wurde Thompson im Juli 2018 samt Vladimír Sobotka, Patrik Berglund, einem Erstrunden-Wahlrecht für den NHL Entry Draft 2019 sowie einem Zweitrunden-Wahlrecht für den NHL Entry Draft 2021 an die Buffalo Sabres abgegeben. Im Gegenzug wechselte Ryan O’Reilly nach St. Louis. Bei der Weltmeisterschaft 2021 war der Angreifer erneut Teil des US-amerikanischen Aufgebots und errang dort abermals eine Bronzemedaille.