Durante la II Guerra Mundial, Thüngen sirvió en el frente oriental, en 1942 y 1943 con la 18.ª División Panzer.

[1]​ El 20 de julio de 1944, fue elegido por los conspiradores como el comandante del grupo de defensa III (Berlín), sucediendo al arresto del General Joachim von Kortzfleisch.

[2]​ No siguió las órdenes de los conspiradores y más tarde tomó parte en el interrogatorio al Mayor Hans-Ulrich von Oertzen, un partidario del complot bajo su mando.

Karl Freiherr von Thüngen era el hijo de Karl Ernst Freiherr von Thüngen (1839-1927) y Eva Elisabeth Maier (n. 1874).

Karl Freiherr Michel von Tüßling era su primo.