Začiatkom nasledujúceho roka sa stal generálnym poručíkom v pruskej službe a ako veliteľ III. zboru (s Karlom von Clausewitzom ako jeho náčelníkom štábu) sa zúčastnil na kampani vo Waterloo. Z poľa Lignyho sa s ostatnou Blücherovou armádou stiahol na Wavre, a keď druhý zbor pochodoval smerom k Waterloo, von Thielmann bránil toto hnutie proti Grouchyho, bojujúc v bitke pri Wavre
(1819 - jún 1815), čím materiálne prispel k víťazstvu pri Waterloo.