Bei Gründung des Zweiten Deutschen Fernsehens übernahm Thoelke die Leitung der Sportredaktion und begründete mit dem Aktuellen Sportstudio eine der erfolgreichsten Sendungen des neuen Senders. Zusammen mit Rainer Günzler und Dieter Kürten gehörte er zu den bekanntesten Sportmoderatoren des ZDF, bis er 1970 mit der von ihm konzipierten Sendung "Drei mal Neun" ins Unterhaltungsgenre wechselte.

Seit 1974 moderierte er den "Großen Preis", eine der erfolgreichsten Quizsendungen des ZDF, die Spendengelder für die Aktion Sorgenkind einspielte. Aus gesundheitlichen Gründen gab er 1992 die Moderation der Sendung ab. Sein Nachfolger wurde der sechs Jahre ältere Hans-Joachim Kulenkampff.

Thoelke war zudem Chef einer kleinen Fluggesellschaft. Er war verheiratet und hatte drei Kinder.