Han var medlem av Den norske Nobelkomite fra 1931 til 1933 og varamedlem 1925–1930 og 1934–1936. Da Carl von Ossietzky 23. november 1936 ble tildelt Nobels fredspris for 1935 og Carlos Saavedra Lamas prisen for 1936 var Thallaug fungerende medlem for utenriksminister Halvdan Koht. At prisen ble tildelt en tysk pasifist og straffange fikk Adolf Hitler til å fare opp i raseri. Hitler la ned forbud mot at tyske statsborgere for «evig tid» kunne motta nobelpriser.