Sau khi bay qua những xác thường dân Việt Nam ở ngoài làng Mỹ Lai (vụ thảm sát Sơn Mỹ- Quảng Ngãi) ngày 16 tháng 3 năm 1968, Thompson hạ thấp chiếc OH-23 họ đang điều khiển. Ba người trong đội bay bắt đầu phát tín hiệu khói xanh lá cây báo có những thường dân Việt Nam vẫn sống cần cứu thương. Khi quay lại trực thăng, họ trông thấy đại úy Ernest Medina chạy đến và bắn vào những người bị thương đã được đánh dấu cần cấp cứu. Tổ bay, đưa trực thăng trở lại làng, nơi Thompson đối mặt trung úy Stephen Brooks, người chuẩn bị cho nổ tung ngôi nhà với nhiều người Việt bị thương trong đó. Ông để Andretta và Colburn chĩa súng máy vào toàn đại đội và cho lệnh bắn bất kỳ quân nhân Mỹ nào không nghe yêu cầu dừng cuộc thảm sát. Không một sĩ quan nào dám chống lại ông cho dù cấp bậc của Thompson còn dưới các vị trung úy đang làm nhiệm vụ tại đó. Colburn sau đó đã kể lại đoạn hội thoại:

Thompson sau đó ra lệnh hai trực thăng khác (phi công là Dan Millians và Brian Livingstone) bay tới mang 11 người Việt Nam bị thương đi cấp cứu. Khi bay khỏi làng, Andreotta phát hiện có một cử động ở một con kênh dẫn nước nhỏ, và chiếc máy bay lại hạ cánh, lôi ra một đứa trẻ từ giữa các xác chết, rồi đưa toàn bộ số người Việt Nam sống sót tới bệnh viện Quảng Ngãi.

Thompson báo cáo với các cấp trên về vụ thảm sát khi nó còn đang tiếp diễn. Lệnh ngừng bắn sau đó được ban ra.