Am 20. Juli 1944 wurde Thüngen durch die Verschwörer vom 20. Juli zum Befehlshaber des Wehrkreises III (Berlin) ernannt und übernahm den Befehl über das Generalkommando.
Nachdem sich das Scheitern des Umsturzes abzeichnete nahm er die „Walküre“- Befehle der Verschwörer zurück und war unter anderem an der Vernehmung von Major i. G. von Oertzen beteiligt, was ihn aber nicht vor seiner späteren Verhaftung durch die Gestapo bewahrte.
Aus der Wehrmacht entlassen, wurde Thüngen vor dem Volksgerichtshof unter dessen Präsidenten Freisler zum Tode verurteilt und heute vor 81 Jahren im Zuchthaus Brandenburg-Görden erschossen.