これまでにドイツ国内やヨーロッパ各地のオーケストラをはじめ、シカゴ交響楽団、ニューヨーク・フィルハーモニック、クリーヴランド管弦楽団、フィラデルフィア管弦楽団、イスラエル・フィルハーモニー管弦楽団など世界の数多くのオーケストラへ客演し、特にウィーン・フィルハーモニー管弦楽団、ベルリン・フィルハーモニー管弦楽団などへは定期的に客演を行なっている。ベルリン・フィルにおいては、前述のようにティーレマン自身がベルリン出身であり、幼い頃からその演奏会に通い、また、奏者として楽団の中で演奏を学んだり、指揮者としてヘルベルト・フォン・カラヤンのアシスタントを務めるなど縁が深い。定期演奏会へデビューしたのは1996年のことであるが、クラウディオ・アバド辞任後の首席指揮者・芸術監督の候補として、サイモン・ラトルやマリス・ヤンソンスらとともに名が挙がった一人であり、その後ラトルが就任してからも定期的に客演している。また、同じ世代の中では定期的に指揮台に招かれているほぼ唯一の指揮者となっており、「ドイツ人指揮者として無視できない大物」と評されているばかりでなく、ラトル後のベルリン・フィルの常任指揮者に最も近いという意見があった。近年は得意とするブルックナーやブラームス、リヒャルト・シュトラウスといったドイツ・オーストリア系レパートリーを披露しており、それらの演奏はベルリン・フィルが運営しているデジタル・コンサートホールのアーカイブでも視聴可能である。2015年、ラトル退任後のベルリン・フィルの首席指揮者・芸術監督の選考が行われ、候補としてティーレマンの名も挙がったが、最終的にキリル・ペトレンコに決定している。
首席指揮者に就任するシュターツカペレ・ドレスデン以外では、特にウィーン・フィルハーモニー管弦楽団との関係は緊密で、2000年10月に好評をもってデビューして以来、定期演奏会、特別演奏会や音楽祭、演奏旅行を問わず頻繁に客演を重ねている。2008年秋からは、同楽団とウィーン楽友協会、オーストリア放送協会、ユニテルの共同プロジェクトとして、ウィーンにおけるベートーヴェンの交響曲全曲演奏会とその録画・録音を行ったのち、パリ及びベルリンにおいても全曲演奏会が開かれた。さらに、今後もシューマンの交響曲全集の録画・録音が計画されている。2010年は、ウィーン・フィルの創設者であるオットー・ニコライの生誕200年にあたる記念年であった。そのため、ニコライの生誕の地ケーニヒスベルク（現カリーニングラード）において、ウィーン・フィルによるガラ・コンサートが催されたが、その指揮を任されたのもティーレマンであった。このように、楽団からも絶大な信頼が寄せられている。2003年には、ウィーン国立歌劇場においては1967年以来となるワーグナーの『トリスタンとイゾルデ』の新演出のプレミエを指揮し、15年ぶりに復帰を果たした。その圧倒的な成功によって鮮烈な再デビューを飾った後は定期的に出演し、その一部はライヴ録音としてCDやDVDもリリースされている。2004/2005年シーズンの最後の演目は、同シーズンをもって退任する予定となっていたウィーン国立歌劇場総監督イアン・ホーレンダーが幕引きのために用意したワーグナーの『パルジファル』であり、その指揮を任されたのもティーレマンであった。また、2005年11月5日に行われたウィーン国立歌劇場再建50周年記念ガラ・コンサートにおいては、小澤征爾やズービン・メータといったウィーン縁のベテラン指揮者とともに、その後同歌劇場音楽総監督に就任することとなるフランツ・ウェルザー＝メストと並んで出演している。また2019年には、ウィーンフィル・ニューイヤーコンサートの指揮を担当した。このように、ティーレマンはウィーンにおいて次代を担うドイツ・オーストリア系指揮者として確固たる地位を築いており、ウェルザー＝メスト新監督もまたティーレマンを積極的に招聘したい意向を示している。
戦時中は戦時歌謡で数々の名作を残している。古関メロディのベースであったクラシックと融合した作品は、哀愁をおびたせつない旋律のもの（「愛国の花」、「暁に祈る」など）が多かった。それが戦争で傷ついた大衆の心の奥底に響き、支持された。戦時歌謡を作るかたわら、ヴァイオリン協奏曲のスケッチを重ねていたが、完成に至らぬうちに譜面が散逸したという。古関自身、前線の悲惨な体験や目撃が「暁に祈る」や「露営の歌」に結びついたと証言している。また自らの作品で戦地に送られ、戦死した人への自責の念を持ち続けていた。戦後は、暗く不安な日本を音楽によって明るくするための活動に力を注いだ。長崎だけにとどまらず日本全体に向けた壮大な鎮魂歌「長崎の鐘」。戦災孤児の救済がテーマのラジオドラマ『鐘の鳴る丘』の主題歌「とんがり帽子」。戦後日本の発展の象徴でもある1964年開催の東京オリンピックの開会式に鳴り響いた「オリンピック・マーチ」。現在も毎年夏の甲子園に流れている高校野球大会歌「栄冠は君に輝く」。その他にも「フランチェスカの鐘」、「君の名は」、「高原列車は行く」などの格調高い曲を多く創作した。クラシックの香り溢れる流行歌や、勇壮で清潔感のあるスポーツ音楽が大衆の心を捉えた。テノールの美しい音色と格調のあるリートのベルカントで歌唱する藤山一郎、叙情溢れるリリックなバリトンで熱唱する伊藤久男などの歌手にも恵まれた。劇作家の菊田一夫と名コンビを組み、数々のラジオドラマ、テレビドラマ、映画、演劇、ミュージカルのヒット作品を世に送り出した。1961年に菊田と手がけた森光子主演の『放浪記』は長期公演舞台となった。また、戦後の古関は、クラシック音楽の作曲を完全に諦めていたわけではなく、菊田と共同したミュージカル『敦煌』から交響組曲『敦煌』を編んでいる。また、NHKテレビラジオを通じて各音楽番組に出演。ラジオドラマ『君の名は』では放送中に、スタジオにオルガンを持ち込み、生演奏をして劇中伴奏を務め、他の番組でも時折生演奏で数多く出演した。一方で、同じように流行歌の作曲家としても活躍した江口夜詩とともに、「近世の日本のマーチ作曲者の代表的存在」として研究対象とされることが近年増えてきている。