S’en suivirent une trentaine de pièces, presque toutes bien accueillies, attirant un public si nombreux que les acteurs devaient jouer des coudes pour pouvoir jouer. Dans Ariane (1672), considéré comme son chef-d’œuvre, on sentait déjà l’influence de Jean Racine. Bien plus jeune que Pierre Corneille et talentueux, Thomas se mit à « l’école » de Racine avec qui il put rivaliser. D’ailleurs, ce dernier l’encouragea. Modeste, affable, toujours prêt à louer le mérite d’autrui, bienfaisant, religieux sans faste de dévotion, Thomas possédait toutes les vertus de son frère avec plus d’agrément dans l’esprit et plus de grâce dans le monde. Racine, le « rival » du grand Corneille, devint un soutien de Thomas.
D’autres grands succès populaires vinrent couronner sa carrière : L’Inconnu (1675), Les Dames sacrées (1682), etc.
On peut posséder bien des vertus et avoir son égo. Pour rivaliser avec Quinault qu'il jalousait, Thomas tenta sa chance comme librettiste. On l’appela pour adapter en opéra Psyché, écrit par son frère et Molière. Jean-Baptiste Lully, chargé de la musique et tyrannique, comme souvent, lui fit vivre un vrai calvaire. Ce fut un échec et Thomas abandonna l’opéra.
A la mort de Pierre, en 1684, il lui succéda dans son fauteuil de l’Académie française où il fut reçu par Racine en 1685.
Renonçant presque complètement au théâtre, il prit une part active à tous les travaux de l’Académie et devint l’un des principaux collaborateurs du Dictionnaire et du Dictionnaire des arts et des sciences. Malgré sa vue de plus en plus faible, il termina un Dictionnaire universel, géographique et historique (1708).
Il finit ses jours totalement aveugle. Malgré toutes ses œuvres et leur qualité, la postérité ne l’a pas inscrit au Panthéon des grands écrivains français et pourtant il en avait le talent. Peut-être a-t-il été victime de sa merveilleuse facilité qui l’inclinait trop à n’être qu’un imitateur plutôt qu’un génie créateur.
Thomas avait épousé Marguerite de Lampérière (1621-1706), soeur cadette de Marie de Lampérière, la femme de Pierre Corneille.
Il mourut aux Andelys. Thomas Corneille fut inhumé dans la cathédrale Notre-Dame de la ville où il rejoignit sa belle-sœur, Marie de Lampérière.