Thomsen var således tidlig klar over, hva han evnet og ville; men realiseringen av hans planer ble lenge oppholdt av ytre hindringer. Tilbake fra opholdet i utlandet søkte han posten som lærer i kjemi ved Den kongelige militære Højskole, men uten hell, i det man foretrakk en offiser. Han gikk da over i en praktisk virksomhet og var i 3 år (1856–1859) justermester i København. I 1856 ble den første ekspedisjon til Grønland etter kryolitt sendt ut, og i 1859 åpnet fabrikken ved København, bygget efter Thomsens planer og tegninger for handelshuset Th. Weber & Co. til kryolit-sodaproduksjon etter Thomsens metode.