Finalmente, Tage debutó en la NHL el 4 de octubre de 2017, pero su estadía fue breve, pues luego de disputar cuatro encuentros, fue enviado al equipo del San Antonio Rampage (AHL), para posteriormente recibir de nuevo el llamado al equipo grande el 18 de diciembre. Tres días más tarde, en una derrota por 3-2 ante los Edmonton Oilers, anotó su primer gol en la Liga.
Luego de una temporada de debut en la NHL en la que solo participó en 41 juegos y cosechó nueve puntos (tres goles, seis asistencias) con St. Louis Blues, el 1 de julio de 2018 fue parte de un canje en el que los Blues lo mandaron junto con varios jugadores y selecciones del Draft a los Buffalo Sabres, a cambio de Ryan O'Reilly.
En su primer año en Buffalo, la temporada 2018-19, disputó 65 partidos, en los que anotó siete goles, dio cinco asistencias, para 12 puntos, una producción bastante modesta; sin embargo, el 5 de octubre de 2020, en calidad de agente libre con restricciones, firmó una extensión de contrato con el equipo por 4.2 millones de dólares y tres años con los Sabres.
A pesar de que en el primer partido de la campaña 2019-20 sufrió una lesión (hombro derecho) que le hizo perderse el resto de la temporada, la organización de los Sabres llevó a cabo un movimiento que en ese instante no parecía tener mucho sentido, sobre todo después de disputar 38 juegos en 2020-21 (la temporada interrumpida por la pandemia) en los que solo colectó 14 unidades (ocho goles, seis asistencias).
La campaña en que comenzó su ascenso
Sin grandes expectativas, dados los antecedentes, la temporada 2021-22 parecía ser una más en la carrera de Thompson, pero jugar en la primera línea al lado de Jeff Skinner y de Alex Tuch, quien llegó procedente de los Golden Knights, un jugador que se vio involucrado en el canje que mandó de Buffalo a Vegas a Jack Eichel.