I 1980 ble han valgt til leder av Europakommisjonen, og han overtok offisielt etter Roy Jenkins 12. januar 1981. Han ble regnet som nær den franske presidenten Valéry Giscard d'Estaing, og generelt som en forsvarer av franske interesser i europeisk politikk. Selv om Thorn ikke blir regnet blant de sterkeste presidentene av Europakommisjonen, ble institusjonen mektigere også i hans presidentperiode, og han var med på å legge grunnlaget for den kraftige ekspansjonen og relanseringen som kom med etterfølgeren Jacques Delors.