Under den sterke utvidelsen av de tyske militære styrkene etter den nasjonalsosialistiske maktovertakelsen i 1933, ble Thoma en del av panserstyrkene, og han tjenestegjorde blant andre under Maximilian von Weichs i Weimar og Heinz Guderian i Würzburg. Han ble blant annet spesialist i koordinering av panser/luft-krigføring.