С октября 1941 года в рядах Красной Армии, призван Мурманский РВК. Окончил курсы снайперов. С 15 января 1942 года в действующей армии.

10 марта 1942 года снайпер 1070-го стрелкового полка (313-я стрелковая дивизия, 32-я Армия, Карельский фронт) красноармеец Ф. И. Тонких представлен командованием части к награде за уничтожение 27 солдат и офицеров противника (ещё 9 человек ранил). Приказом № 182 от 27 марта 1942 года по войскам Карельского фронта награждён орденом Красной Звезды.

Вскоре сержант Ф. И. Тонких стал одним из лучших снайперов дивизии. Он целыми днями зорко вёл наблюдение за противником с хорошо замаскированных позиций. При появлении врага, без промаха одним выстрелом уничтожал его.

По имеющимся сведениям, к октябрю 1943 года старший сержант Ф. И. Тонких имел на счету уже 100 уничтоженных фашистов, подготовил для фронта 80 снайперов. До конца же обороны, то есть до 20 июня 1944 года, он уничтожил 135 солдат и офицеров противника.