Després d'arribar a França el febrer de 1918, Thompson va ser assignat a la secció de personal d'Intel·ligència (G-2) de la seu de la Força Expedicionària Americana. De juliol a setembre de 1918, Thompson va ser cap d'estat major assistent d'Intel·ligència a l'Estat Major del Primer Exèrcit dels Estats Units. Va participar en l'ofensiva de l'Aisne-Marne
i la Batalla de Saint-Mihiel. De setembre de 1918 a abril de 1919, Thompson va servir com a G-2 per al Segon Exèrcit dels Estats Units, que va incloure l'ocupació de postguerra del sector Toul. Va ser ascendit a tinent coronel temporal a l'octubre de 1918.