大西洋海底電纜兩次沉放都遭失敗，耗費數十萬英鎊而不見效益。許多人都想打退堂鼓，而湯姆孫卻堅持認為，第一條電纜雖壽命不長，至少通了一個月，但它證明長途海底通信是完全可能的。在湯姆孫和總經理的堅持下，在政府的大力支持下，1865年年初，第二條新電纜製造出來並進行沉放。這時的湯姆孫，因滑冰骨折已成了跛子。可是，他克服一切不便，一定要親自出海，領導這次沉放。一艘22000多噸的巨輪“大東號”載著人們的希望出發了。經受兩次打擊的湯姆孫多麼盼望這次能夠成功啊。可是船行不到一半，電纜意外折斷，沉入深淵，湯姆孫痛心極了。返回時，這位工程師臉上掛著淚花。麵對異常平靜的大海，他在心中呐喊：“我相信大西洋阻擋不住人類的進步!”
是的，大西洋阻擋不住人類前進的腳步。1866年，第三條電纜建成。當年4月，“大東號”再次啟程。湯姆孫第四次上船，擔任工程師，主持沉放。6月，電纜在愛爾蘭著陸，沉放非常成功，電報通信也非常順利。湯姆孫為巨大的成功所鼓舞，幾個月後再次出航，經過一個多月搜索，打撈到沉入海底的斷纜，並接上新纜，一直通到了紐芬蘭。經過10年艱苦卓絕的工作，大西洋底擁有了兩條電纜。這次成功，開創了人類有線通信的新時代。它不僅證實了遠距離海底電纜通信的可行性，而且為這一事業的發展奠定了理論基礎，提供了豐富的實踐經驗。一百多年後的今天，地球上各大陸板塊之間，大陸和主要島嶼之間，都鋪設了海底電纜。
鋪設大西洋海底屯纜的工程，為人類通信事業做出了巨大貢獻，也對湯姆孫的科學活動產生了很大影響。它把湯姆孫從理論科學引向了工程技術科學。人們說，湯姆孫做了50多年教授，其實是以教授的名義當了50多年的工程師。在應用工程上，到處都留有他的足跡。幾次沉放電纜的海上航行，更使他的後半生緊緊地與大海聯結在一起。電纜鋪設成功之後，他繼續為海底通信研究新裝置，包括海底電報自動記錄器和圈轉電流計等。
湯姆孫一生取得過70種產品的發明專利，這些專利權使他成了富翁。他把這些錢大量地用在新的研究方麵。1870年，他嬌弱的妻子在與他共同生活18年後因病離開了人世。強忍悲痛的湯姆孫，買了艘100多噸的遊艇，把全部精力都投入到航海研究之中。他把遊艇當做試驗船，經過反複研究，發明了幾種不受鐵殼船體幹擾的輕便改良羅盤。此外，他還發明了海水測深儀，研究過潮汐理論。
湯姆孫這位近代物理學的奠基人之一，大西洋第一條海底電纜的創建者，一生發表論文600多篇。1851年被選為皇家學會會員，兩次獲皇家學會勳章。從1892年起，任皇家學會會長，一直到他去世。他建立了英國第一座現代物理實驗室。至今格拉斯哥大學還設有“開爾文獎”，用來獎勵世界範圍內在數學、天文學、物理學等方麵有突出成績的學生。
1896年，來自世界各地的科學家雲集格拉斯哥大學，隆重紀念湯姆孫榮任該校教授50周年。大家一致用真誠的語言讚美他的功績。確實，要想逐一列舉湯姆孫在科學領域的成就和獲得的社會榮譽是很難的。但在紀念儀式上，這位72歲的勳爵在答詞中卻說：“有兩個字最能代表我50年內在科學進步上的奮鬥，就是‘失敗’兩字。50年以前；我最初任教職的時候，對於電力和磁力或電氣、質量、化學親和力間的關係等，知道得並不十分多。失敗當然會產生憂慮的，可是對於從事科學的人，天賦的才能常會帶來一種特別的興致，借此使他不致十分失望，也許反會使他的日常生活格外快樂。”
三年後，湯姆孫辭去了格拉斯哥大學的教授職務。1899年新學年開始時，注冊室走進來一位76歲的老人，鄭重其事地在報名表上填寫下：“開爾文勳爵，研究生。”他不再走上講台去教課，從現在起，他隻是學了。
1907年10月17日，湯姆孫與世長辭，享年83歲。他被葬於威斯敏斯特大教堂，受到人們永久的尊敬和紀念。