Adiknya, William, meminta agar Pastor Thomas Byles memberkati pernikahannya. William mengundang kakaknya itu untuk pergi ke New York, Amerika Serikat (AS), tempatnya menetap. Pastor Thomas setuju dan pergi ke Pelabuhan Southampton untuk menumpang kapal RMS Titanic menuju AS.
Pastor Thomas Byles memegang tiket untuk kelas dua. Dalam perjalanannya, ia membawa batu altar portabel dan seragam pastor. Pastor Thomas Byles secara khusus meminta izin kepada Kapten Edward Smith untuk menggunakan sebuah ruangan untuk misa bagi para penumpang.
Selama pelayaran, Pastor Thomas Byless mendengar sejumlah pengakuan dosa dari para penumpang di samping mengadakan misa. Pada 14 April 1912 pagi, ia mengadakan misa bagi para penumpang kelas dua dan tiga. Di hari yang sama 11 jam kemudian, Titanic menabrak gunung es.
Thomas Byles sedang berada di dek atas saat insiden terjadi. Ia kemudian turun serta memandu penumpang di kelas tiga untuk menuju kapal sekoci. Thomas Byles menolong seorang perempuan dan anaknya memanjat sekoci.
Selama kapal tenggelam perlahan-lahan, Pastor Thomas Byles mendengar pengakuan dosa para penumpang sebelum ajal menjemput mereka. Ia juga menenangkan para penumpang yang panik. Bahkan, ia bernyanyi lagu rohani bersama para penumpang yang tidak dapat naik ke kapal sekoci.