A principios del año siguiente se convirtió en teniente general en el servicio prusiano, y al mando del III Cuerpo (con Carl von Clausewitz como su jefe de personal) participó en la campaña de Waterloo. Desde el campo de Ligny se retiró con el resto del ejército de Blücher en Wavre, y cuando el otro cuerpo marchó hacia Waterloo, von Thielmann defendió este movimiento contra Grouchy, luchando en el
Batalla de Wavre (18-19 de junio de 1815), contribuyendo así materialmente a la victoria en Waterloo.