Fra 1928 til 1943 var Thorez medlem av eksekutivkomitéen i Den kommunistiske internasjonale. Kommunistpartiet forholdt seg lojalt til Sovjetunionen i første fase av andre verdenskrig og var krigsmotstandere. Thorez gikk i skjul da kommunistpartiet ble forbudt i september 1939. Han ble mobilisert til hæren, men deserterte i oktober 1939 og ble dømt for dette. I 1943 tok Thorez seg til Sovjetunionen. I november 1944 vendte han tilbake til det frigjorte Frankrike, der han ble rehabilitert av de nye myndighetene under Charles de Gaulle. Han var fra 1944 til 1947 minister i regjeringene til de Gaulle, Félix Gouin, Georges Bidault og Paul Ramadier og var fra 1946 til 1947 også visestatsminister. Thorez satt i nasjonalforsamlingen under hele den fjerde republikk fra 1946 til 1958.