Fünf Titel gewann er bereits auf der Tour, im Jahr 2009 in Gstaad im Finale gegen Andreas Beck (GER), 2010 in Santiago de Chile gegen Juan Monaco (ARG), 2012 in Gstaad gegen Janko Tipsarevic (SER) und 2015 in Genf gegen Joao Sousa. Im Jahr 2013 erreichte er das Viertelfinale bei den Australian Open.
Über fünf Millionen US-Dollar Preisgeld erspielte sich Thomaz Bellucci auf der ATP tour und vertrat sein Land regelmäßig im Davis Cup.