I 1965 ble Thorne overført til MACVSOGs (Military Assistance Command, Vietnam – Studies and Observations Group) opptreningsenhet i Vietnam som militær rådgiver. 18. oktober 1965 reiste han på et hemmelig oppdrag rettet mot Ho Chi Minh-stien under vanskelige værforhold hvor helikopteret styrtet i et fjellområde i Vietnam, 40 kilometer fra Da Nang. Da redningsmannskapene kom fram til ulykkesstedet, lyktes de ikke i å finne restene.