En 1964, après la séparation d’El Riot, Thomas et le claviériste Mike Pinder forment les Moody Blues aux côtés du batteur Graeme Edge, du bassiste Clint Warwick et du guitariste Denny Laine. Cette formation sortira le tube « Go Now » et le LP The Magnificent Moodies de 1965, sur lequel on retrouve Thomas au chant principal pour la reprise de Gershwin « It Ain’t Necessarily So. »
Les Moody Blues remplaceront bientôt Laine par Justin Hayward et Warwick par Lodge, le camarade d’El Riot de Thomas, pour former la formation classique du groupe. En tant que flûtiste, multi-instrumentiste et chanteur des Moody Blues, Thomas apparaît sur tous les albums du groupe de rock progressif – y compris leurs LP classiques comme Days of Future Passed, In Search of the Lost Chord, A Question of Balance et Every Good Boy Deserves Favour – jusqu’à sa retraite en 2002.
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Thomas a également écrit et chanté des titres des Moody Blues comme « Twilight Time », « Legend of the Mind », « Dr. Livingstone, I Presume », « Dear Diary » et « And the Tide Rushes In ». En plus de son temps avec les Moody Blues, Thomas a également publié une paire d’albums solo, From Mighty Oaks en 1975 et Hopes, Wishes and Dreams en 1976, alors que le groupe était en hiatus au milieu des années 70.
Thomas s’est retiré des Moody Blues en 2002 après avoir souffert d’une série de problèmes de santé. En 2013, Thomas a révélé qu’il souffrait d’un cancer de la prostate « inopérable ». « Le cancer est maintenu en rémission, mais je recevrai ce traitement pour le reste de ma vie », a écrit Thomas sur son site Web.
En décembre, le Rock and Roll Hall of Fame a annoncé que la formation classique des Moody Blues – Thomas, Hayward, Edge, Lodge et Pinder – serait intronisée dans la classe de 2018 ; Laine a ensuite été ajouté à la liste du Rock Hall du groupe quelques jours plus tard.
Après l’annonce, Lodge a déclaré dans une interview qu’il espérait que Thomas et Pinder – qui a quitté le groupe en 1978 – reviendraient pour la cérémonie d’intronisation. « Si cela fonctionne, ce sera fantastique parce que c’est une chose naturelle à faire. Je n’essaie pas de le forcer – ce sera parce que c’est censé être », a déclaré Lodge. « Ils ont été une partie intégrante de ma vie. Vous ne pouvez pas l’ignorer. C’est enfermé là-dedans. » Hayward a également déclaré à Rolling Stone qu’il serait ouvert à une réunion de la composition classique des Moody Blues.
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