Все свои боевые действия генерал Томас провел на Западном фронте Гражданской войны. Именно он одержал первую серьёзную победу над южанами в битве при Милл-Спрингс, состоявшейся 19 января 1862 г. Несмотря на то, что силы южан под командованием генерала Криттендена были больше (4500 человек против 4000), Томас одержал победу. Северяне потеряли 246 человек, потери южан тоже были значительны, также было захвачено 12 пушек. Далее генерал Томас отличился битвах при Перривилле и Стоун-Ривер, после чего получил под командование корпус.
"Звездный час" генерала Томаса наступил в 1863 г. в сражениях при Чикамоге и Чаттануге. В битве при Чикамоге корпус Томаса в течение двух дней отражал сильнейшие атаки южан, за что его доблестный командир получил прозвище "Чикамогский утес". Несмотря на поражение федеральной армии, корпус Томаса отошел в порядке, прикрывая всеобщее отступление. Во время осады северян в Чаттануге новый главнокомандующий федеральными войсками на Западе генерал Улисс Грант назначил Томаса командовать осажденными войсками. В сражении при Чаттануге корпус Томаса штурмом взял Миссионерский хребет, на котором находились позиции противника, что привело северян к победе.
В кампании 1864 г. Томас принял активное участие в битве за Атланту. Перед началом наступления новый главнокомандующий Западным фронтом генерал Уильям Текумсе Шерман поручил Томасу командование своими лучшими войсками - Камберлендской армей численностью в 61 тысячу человек (всего у Шермана было 99 тысяч человек). Томас умело руководил армией в ряде сражений и внес большой вклад в разгром южан.
После взятия Атланты, Шерман направился к побережью Атлантики и назначил Томаса командующим на Западе. Томас полностью оправдал доверие своего командира, хотя действовать ему пришлось в сложных условиях. Войсками южан на Западе руководил смелый и энергичный генерал Худ, который после ухода Шермана попытался выбить северян из Теннесси. Несмотря на доблесть южан, в ходе наступления армия Худа понесла тяжелые потери в боях у Спринг-Хилла и Франклина против федеральный войск под командованием генерала Скофилда. Тогда Худ осадил столицу штата, город Нашвилл. Войска Томаса и Скофилда объединились и в двухдневном сражении 15-16 декабря 1864 г. наголову разбили мятежников. Южане потеряли около полутора тысяч человек убитыми и ранеными и 4462 человека пленными. Потери северян составили 3061 человека (в том числе 387 убитыми). Битва при Нэшвилле - единственный случай в ходе данной войны, когда одна из армий была фактически уничтожена на поле боя. После этого сражения крупномасштабные боевые действия на Западном фронте прекратились.