Efter at have ankommet til Frankrig i februar 1918 blev Thompson tildelt efterretningstjenestens afdeling (G-2) i hovedkvarteret for den amerikanske ekspeditionsstyrke. Fra juli til september 1918 var Thompson assisterende stabschef for efterretningstjenesten på staben for First United States Army. Han deltog i begge
Aisne-Marne-offensiven og slaget ved Saint-Mihiel. Fra september 1918 til april 1919 tjente Thompson som G-2 for den anden amerikanske hær, som omfattede efterkrigstidens besættelse af Toul-sektoren. Han blev forfremmet til midlertidig oberstløjtnant i oktober 1918.