Війну старший лейтенант Ф. П. Тонких зустрів заступником командира 884-го винищувального протитанкового артилерійського полку. З листопада 1941 року — начальник штабу артилерії 11-ї стрілецької дивізії, з грудня того ж року — начальник штабу 884-го винищувального протитанкового артилерійського полку, з весни 1942 року — начальник штабу артилерії 24-ї гвардійської стрілецької дивізії. З літа 1942 року — командир 50-го гвардійського артилерійського полку цієї ж дивізії.
У січні 1943 року отримав важке поранення, після одужання працював в Управлінні бойової підготовки Головного управління командуючого артилерією РСЧА. З червня 1944 року підполковник Ф. П. Тонких — командир 52-го гвардійського артилерійського полку 18-ї гвардійської стрілецької дивізії. Війну закінчив на посаді командувача артилерією 83-ї гвардійської стрілецької дивізії.
З травня 1945 по жовтень 1946 року працював в Головному розвідувальному управлінні (ГРУ ГШ), був членом військової місії в Японії та на Філіппінах, учасник радянсько-японської війни.
З грудня 1946 року — науковий співробітник Артилерійського стрілецько-тактичного комітету й начальник відділу бойового застосування артилерії в Академії артилерійських наук СРСР. З вересня 1949 року — заступник командира, а лютого 1951 року — командир 16-ї гарматної артилерійської бригади РВГК в Одеському ВО. З листопада 1954 року — командир 23-ї інженерної бригади особливого призначення.
З вересня 1959 року на відповідальній роботі в Головному штабі Ракетних військ стратегічного призначення СРСР (РВСП СРСР): заступник начальника Головного штабу, а з березня 1960 року — заступник Головнокомандувача РВСП з бойової підготовки та військово-навчальних закладів, з червня 1961 року — заступник Головнокомандувача РВСП з бойової підготовки — начальник бойової підготовки РВСП. Брав участь у державних випробуваннях ракетної техніки й ядерного озброєння РВСП, керував освоєнням у військах новітніх бойових комплексів ракет-носіїв ядерної зброї «Роза» і «Тюльпан». З вересня 1959 по квітень 1963 року — член Військової Ради РВСП. 1963 року присвоєне військове звання «генерал-лейтенант».
.svg){kind=small}
