В 1907 году Эндрюс, вместе с дядей Уильямом Пирри и Александром Карлайлом, стал конструктором нового суперлайнера «Олимпик», а в 1909 — его «брата-близнеца» «Титаника», в компании «White Star Line». 10 апреля 1912 года Томас Эндрюс отправился в первое путешествие на «Титанике» в Нью-Йорк. Стюардесса Вайолетт Джессоп в своих мемуарах положительно отзывалась об Эндрюсе, вспоминая его, как «…наш любимый конструктор, ходивший ненавязчиво, с усталым, но довольным лицом». Среди тогдашних корабельных проектировщиков Томас Эндрюс был одним из немногих, кто прислушивался к мнениям экипажа и поэтому на «Титанике» был более обустроенный и комфортабельный, чем на других судах того времени, кубрик, а стюарды и стюардессы были вполне довольны предоставленными им каютами. 14 апреля в 23:40 «Титаник» налетел на айсберг с правой стороны борта. В это время Эндрюс спал в своей каюте и почти не почувствовал столкновения. Вскоре его вызвал к себе капитан Эдвард Смит, для того чтобы оценить ущерб. После обследования Эндрюс пришёл к выводу, что «Титаник» уже не удастся спасти, и он затонет. Во время эвакуации Томас помогал пассажирам усаживаться в шлюпки. По словам одного из стюардов Джона Стюарта Эндрюса последний раз видели в курильной комнате первого класса возле камина, где он смотрел на картину «Порт Плимут», изображающую Плимутский Залив вблизи Плимута (во многих кинофильмах в этом эпизоде ошибочно показывают Нью-Йоркскую бухту). Предполагалось, что «Титаник» посетит её на обратном пути. Согласно другим свидетельствам Томаса Эндрюса последний раз видели тогда, когда он бросал в воду шезлонги с прогулочной палубы, чтобы пассажиры, оказавшиеся в воде, могли использовать их в качестве спасательных плотов. Так или иначе, вероятней всего, он находился в районе между третьей и четвертой трубой (именно там располагался курительный салон) и, когда корабль начал разламываться, он либо соскользнул в воду, не имея возможности удержаться с отвесной палубы, либо провалился из салона в разверзнувшийся разлом. Его тело после крушения так и не было найдено.
Наконец 19 апреля отец Томаса получил телеграмму от двоюродного брата своей жены, который разговаривал в Нью-Йорке с выжившими. Телеграмма была зачитана вслух Эндрюсом-старшим всем обитателям их дома в Комбере: «ПОГОВОРИЛ С ОФИЦЕРАМИ ТИТАНИКА. ВСЕ УВЕРЕНЫ, ЧТО ЭНДРЮС ПРИНЯЛ ГЕРОИЧЕСКУЮ СМЕРТЬ, ДУМАЯ ТОЛЬКО О БЕЗОПАСНОСТИ ДРУГИХ. РАЗДЕЛИТЕ СО ВСЕМИ СЕРДЕЧНОЕ СОЧУВСТВИЕ.» (INTERVIEW TITANIC’S OFFICERS. ALL UNANIMOUS THAT ANDREWS HEROIC UNTO DEATH, THINKING ONLY SAFETY OTHERS. EXTEND HEARTFELT SYMPATHY TO ALL.)
После Титаника
Все газетные статьи про катастрофу упоминали Томаса Эндрюса только как героя. Одна из стюардесс Мэри Слоан, которую Эндрюс убедил сесть в шлюпку, позже написала про него целое письмо, в котором указывала, что всем спасённым женщинам и детям «Титаника» «трудно будет забыть» такого человека.
В родном городе Томаса в Комбере в январе 1914 года был открыт Мемориальный Зал Томаса Эндрюса-мл. Этот мемориал стал одним из самых первых и самых существенных мемориалов в мире, которые были посвящены только одной жертве «Титаника». Сегодня мемориал используется, как начальная школа Эндрюс Мемориал (англ. Andrews Memorial Primary School).
В 1997 году в фильме «Титаник» роль Томаса Эндрюса исполнил канадский актёр Виктор Гарбер.
В честь конструктора назвали астероид (245158) Томас эндрюс, открытый в 2004 году.