Sezon 2011 był przełomem w jego karierze – awansował z 208. miejsca na 42. w rankingu ATP i zaliczył występy we wszystkich czterech turniejach wielkoszlemowych. Na Wimbledonie awansował do ćwierćfinału, startując z eliminacji. W turnieju głównym wyeliminował m.in. Robina Söderlinga. Spotkanie o półfinał przegrał z Novakiem Đokoviciem.
W sezonie 2012 wygrał w styczniu pokazowy turniej AAMI Kooyong Classic rozgrywany jako bezpośrednio poprzedzający Australian Open. W finale pokonał Mardy’ego Fisha, 6:4, 3:6, 7:5. Następnie w Australian Open osiągnął czwartą rundę, ulegając Rogerowi Federerowi 4:6, 2:6, 2:6. Latem zagrał na igrzyskach olimpijskich w Londynie, z których został wyeliminowany w pierwszej rundzie gry pojedynczej przez Keiego Nishikoriego.
Na początku stycznia 2013 Tomic wygrał swój pierwszy turniej rangi ATP World Tour, a dokonał tego w Sydney. Finałowy pojedynek wygrał 6:3, 6:7(2), 6:3 z Kevinem Andersonem.
Rok później ponownie osiągnął finał w Sydney, tym razem ulegając w nim Juanowi Martínowi del Potro. W lipcu zdobył kolejny tytuł singlowy, podczas rywalizacji w Bogocie.