Thon ra mắt ở đội tuyển Đức (thời điểm đó là Tây Đức) vào ngày 16 tháng 12 năm 1984 và chơi hiệp hai trong trận thắng Malta 3–2 tại vòng loại Giải vô địch bóng đá thế giới 1986.

Sau đó, ông được lựa chọn vào đội tuyển tham dự ba lần Cúp bóng đá thế giới và giúp Đức vô địch năm 1990 ở Ý. Ông chơi toàn bộ trận bán kết gặp Anh. Trận đó, ông đã góp phần giúp Đức chiến thắng 4–3 bằng cú sút luân lưu thành công cuối cùng (hòa 1–1 sau 120 phút).

Thon cũng dự Giải vô địch bóng đá châu Âu 1988 tổ chức tại quê nhà và ghi một bàn thắng hiếm hoi bằng đầu trước Đan Mạch ở vòng bảng (thắng 2–0). Ông chơi toàn bộ 4 trận đấu cho Đức ở giải này cho đến khi đội nhà phải dừng bước tại bán kết. Vì chấn thương hoặc bất đồng với huấn luyện viên đội tuyển quốc gia Berti Vogts, Thon không tham dự các giải đấu lớn sau này như là Giải vô địch bóng đá thế giới 1994, các Giải vô địch bóng đá châu Âu 1992 và 1996. Trận đấu quốc tế cuối cùng của ông là trận gặp Iran ở vòng bảng Giải vô địch bóng đá thế giới 1998, kết thúc sự nghiệp quốc tế 14 năm với 52 trận đấu và 3 bàn thắng.