A volta do jogador ao Náutico teve como condição fundamental um acordo para o pagamento da dívida do Flamengo com o Timbu pelo pagamento das parcelas da compra do atleta. Sem conseguir honrar seus compromissos com o Alvirrubro, o Rubro-negro carioca emprestou o atleta com seus salários pagos para a disputa da Série B 2020.
Com contrato inicial até o fim da Série B, o jogador não terminará a competição pelo Timbu. Com desempenho abaixo do esperado em campo e com polêmicas extracampo, como a participação em aglomeração após o jogo contra o Brasil-RS junto com Kieza, Diego Silva e Camutanga, a segunda passagem de Thiago não deixará saudades na torcida alvirrubra.
Em campo, Thiago jogou apenas 16 das 39 partidas do Náutico em 2020. O atacante marcou apenas um gol, na sua estreia diante do Salgueiro, pelo Campeonato Pernambucano e deu três assistências diante do Salgueiro, Figueirense, Chapecoense. Sem se consolidar na equipe do técnico Gilson Kleina, Thiago perdeu a vaga de titular e passou a receber cada vez menos chances. A última partida do jogador pelo Timbu foi contra a Ponte Preta, no dia 12 de outubro, quando saiu do banco de reservas.