I 1952-53 var Thommessen sjef for Luftkrigsskolen. Fra 1953 var han sjef for Rygge flystasjon, deretter fungerende sjef for Luftkommando Østlandet. Han ble senere sjef for operasjonsstaben i Flyvåpenets overkommando, en stilling han hadde frem til 1956. I 1956-58 var han sjef for Operasjons- og planleggingsavdelingen ved NATOs nordkommando på Kolsås. Fra januar til august 1959 var han generalinspektør for Flyvåpenet, og deretter sjef for Luftkommando Østlandet frem til september 1962. Fra 1. september 1962 var så Luftkommando-stillingen i Nord-Norge hans daglige gjøremål, frem til 1. januar 1968.