Po zaledwie roku wyjechał jednak za granicę, korzystając z możliwości stypendium zagranicznego przyznawanego przez Akademię – prawo do niego uzyskał za wykonanie projektu Jarmarku.
W czasie sześcioletniego stypendium Thon przebywał we Włoszech, gdzie ze szczególnym zainteresowaniem badał architekturę antyczną oraz świątynie wczesnochrześcijańskie, które porównywał z późniejszym budownictwem sakralnym. Uzyskał tytuł akademika Rzymskiej Akademii ArcheologicznejТoн Кoнстaнтин Андреевич.
Pracami Thona zainteresował się car Mikołaj I, który nadał mu stałą pensję i zaliczył w poczet członków Cesarskiego Gabinetu Jego Wysokości. Pierwszymi pracami architekta po powrocie do Rosji było przygotowanie hali wystawowej Akademii Sztuk Pięknych. Za projekt ten uzyskał tytuł akademika oraz stanowisko profesora II stopnia.
Znaczącym momentem w karierze Thona był projekt cerkwi św. Katarzyny w Petersburgu. Świątynia ta jako pierwsza w XIX-wiecznej Rosji nie reprezentowała stylu klasycystycznego, lecz nawiązywała do tradycyjnej architektury rosyjskiej, w szczególności do pięciokopułowych soborów Moskwy. Projekt ten spotkał się z wielkim uznaniem Mikołaja I.