Under andre verdenskrig tjenstgjorde Thüngen på Østfronten i 1942 og 1943 ved den 18. panserdivisjon.. Den 6. april 1943 fikk han Jernkorsets ridderkors og 20. juli 1944 ble han utnevnt av konspiratørene som sjef for forsvarsgruppe III (Berlin) som etterfølgeren til den arresterte general Joachim von Kortzfleisch. Han var ikke blant de medsammensvorne og senere deltok han i avhør av major Hans-Ulrich von Oertzen, en tilhenger av attentatet som var under hans kommando.