År 1909 fick han av regeringen uppdraget att utreda bestämmelserna rörande bötesförvandlingsstraffen. Det resulterade i skrifterna Principerna för en strafflagsreform, 3 vol. (1910–14), och Förberedande utkast till strafflagens allmänna del med kortfattade motiv (1916). Där finns ett utkast till kapitlet om brott mot kroppslig okränkbarhet (1917).
Stort inflytande på Thyrén hade, förutom morfadern Carl Johan Schlyter, hans hans samarbete med Johan Jacob Borelius. Thyrén framkommer som mogen begreppsanalytiker redan i tidiga skrifter. Hans verklige lärofader inom straffrätten var Franz von Liszt, som grundade den så kallade moderna eller sociologiska skolan. Straffets huvudsyfte enligt Thyrén var att neutralisera den brottsliges samhällsfarliga vilja, antingen genom avskräckning, förbättring eller oskadliggörande. Sina idéer framförde han i det mycket berömda verket Principen för en strafflagsreform. Han kallades ”Trollkarlen från Lund” då han var mycket kunnig inom flera områden. Vid sidan av vetenskapen var han en duktig sportsman och musiker.
Vid sidan av juristarbetet och sin lärarverksamhet var Thyrén också en betydande politiker. Han tillhörde riksdagen där han var ledamot av andra kammaren 1909–1911 för Lunds stads valkrets, och var därefter ledamot av första kammaren från 1912 till den 22 januari 1917 för Uppsala läns valkrets. Ideologimässigt intog han en självständig, utanför partiorganisationerna vald ståndpunkt, trots det efter proportionsvalens införande alltmera genomförda partiväsendet. Han anslöt sig aldrig heller till något riksdagsparti, utan betecknade sig vid riksdagarna 1909 som vänstervilde, 1910–1914 som högervilde, 1915 som vilde och 1916–1917 åter som högervilde.
Han införde en ny arvslag, lagar om kollektivavtal och arbetsdomstol – detta skarpt kritiserat av socialdemokraterna. Ett flertal smärre, delvis mycket uppmärksammade, politiska skrifter har också flutit ur hans penna. År 1916 valdes han till Lunds universitets rektor och gjorde då ett uppehåll i den aktiva politiken.
