Thorwaldsson ble senere en politisk rådgiver ved Statsministerens kontor og informasjonssjef for det sosialdemokratiske partiet, før han ble ombudsman i fagforbundet Metall. År 2000-2012 kombinerte han lederskapet i Metall med å være styreformann i Arbetarnas bildningsförbund, ABF. Metall foreslo ham som lederkandidat for LO 2011 og han ble valgt den 26. mai 2012. I 2020 ble han etterfulgt som LO-leder av Susanna Gideonsson.