A principis de l'any següent es va convertir en tinent general en el servei prussià, i en el comandament del III Cos (amb Carl von Clausewitz com a cap d'estat major) va participar en la campanya de Waterloo. Des del camp de Ligny es va retirar amb la resta de l'exèrcit de Blücher a Wavre, i quan l'altre cos va marxar cap a Waterloo, von Thielmann va defensar aquest moviment contra Grouchy, lluitant a la Batalla de Wavre
(1819 juny 1815), contribuint així materialment a la victòria a Waterloo.