Después de llegar a Francia en febrero de 1918, Thompson fue asignado a la sección de personal de inteligencia (G-2) de la sede de la Fuerza Expedicionaria Americana. De julio a septiembre de 1918, Thompson fue asistente del jefe de personal de Inteligencia en el personal del Primer Ejército de los Estados Unidos. Participó en las dos ofensivas de Aisne-Marne.
y la Batalla de Saint-Mihiel. De septiembre de 1918 a abril de 1919, Thompson sirvió como G-2 para el Segundo Ejército de los Estados Unidos, que incluyó la ocupación de posguerra del sector Toul. Fue ascendido a teniente coronel temporal en octubre de 1918.