(W tej francusko-hiszpańskiej wojnie, Piemont niechętnie zaangażował się w działaniach po stronie Francji, choć początkowo unikał pełnej deklaracji wojny; w związku z tym, że Tomasz teoretycznie walczył przeciwko swojej ojczyźnie.)
W 1636 roku kardynał-infant Ferdynand zorganizował wspólną hiszpańsko-imperialną armię celem inwazji na Francję od strony hiszpańskich Niderlandów, którą Tomasz początkowo dowodził, choć Ferdynand wkrótce przejął naczelne dowództwo. Inwazja początkowo była bardzo udana, i wydawało się, że jest zdolna dotrzeć do Paryża, gdzie wybuchła wielka panika; i gdyby Ferdynand i Tomasz działali z większym zdecydowaniem, mogli zakończyć wojnę w tym momencie, ale oboje czuli, że pochód na Paryż był zbyt ryzykowny, więc zatrzymali ofensywę. Później w kampanii, Tomasz miał problemy z imperialnym generałem Ottavio Piccolomini, który nie chciał przyjmować rozkazów od księcia, jako hiszpańskiego dowódcy, twierdząc, że jego imperialne wojska były niezależną siłą.