A következő év elején tábornok-hadnagy lett a porosz hadseregben, és a III. hadtest parancsnoksága alatt (Carl von Clausewitz vezérkari főnökként) részt vett a Waterloo-i hadjáratban. A Ligny-i csatatérről visszavonult a többi Blücher hadseregével a Wavre-re, és amikor a másik hadtest Waterloo felé menetelt, von Thielmann megvédte ezt a mozgalmat Grouchy ellen, harcolt a Wavre-i csatában.
(1819 június 1815), így anyagilag hozzájárult a Waterloo-i győzelemhez.