2012an, Thorkildsen laugarren postuan amaitu zen Helsinkiko Europako Txapelketan, hiru jaurtiketa egin eta 81,55 metroko emaitzarekin. 2012ko Londreseko Udako Olinpiar Jokoetan
82,63ko jaurtiketa egin zuen eta seigarrena amaitu zuen. Urte batzuk geroago bosgarrena bihurtu zen, Oleksandr Pyatnytsya zilarrezko domina irabazlearen deskalifikazioaren ondoren, dopin ofentsa batengatik. Hurrengo urteko Munduko Txapelketan, Moskun, Thorkildsenek seigarren postua lortu zuen 81,06ko jaurtiketa batekin, eta hori izan zen bere azken agerpena txapelketa garrantzitsu batean. Lesioek 2014ko denboraldia amaitu behar izan zuten Europako Txapelketaren aurretik. Geroago, 2015eko denboraldi osoa bertan behera uztea erabaki zuen, baina 2016an itzuli nahi zuen. Hala ere, 2016ko maiatzean Thorkildsenek kirola uztea iragarri zuen.