26 Ekim 2014'te Sheeran The X Factor'ün 11.sezonunun üçüncü canlı sonuçlarında şarkıyı seslendirdi. Ayrıca şarkıyı 2014 MTV Avrupa Müzik Ödülleri'nde de seslendirdi. Sheeran ayrıca 16 Aralık 2014'te The Voice'un canlı finalinde özel konuk olarak şarkıyla performans sergiledi. Ayrıca Sheeran 20 Aralık 2014'te şarkıyı The Jonathan Ross Show'un the Christmas Special'ında seslendirdi. Ayrıca 8 Şubat 2015'te 57. Grammy Ödülleri'nde John Mayer, Questlove, Adam Blackstone ve Herbie Hancock ile birlikte parçayı seslendirdi. Sheeran "Thinking Out Loud"u 13 Nisan 2015'te Yeni Zelanda'da The X Factor'ün ikinci sezonunun sonuç şovunda seslendirdi. Sheeran ayrıca "Thinking Out Loud"u Victoria's Secret Fashion Show 2014'te seslendirdi.