Es folgten Engagements am Landestheater Schleswig, an den Städtischen Bühnen Nürnberg, am Staatstheater Saarbrücken, an den Städtischen Bühnen Köln und am Berliner Schillertheater, wo er 1961 als "Prinz Friedrich von Homburg" von Kleist (Regie Boleslaw Barlog) auftrat. 1961 kam er ans Bayerische Staatsschauspiel. Den Prinzen von Homburg hat Holtzmann auch am Residenz Theater gespielt, außerdem den Wetter vom Strahl und den König Ödipus, den Torquato Tasso, den Major von Tellheim, den Caligula von Camus. Gastspiele bei den Salzburger Festspielen als Goethes Faust (Regie Leopold Lindtberg), am Burgtheater Wien als Orest in Sartres "Die Fliegen", am Schauspielhaus Hamburg als Prospero in Shakespeares "Sturm". Er spielte in Kortner-Inszenierungen, Antonius in Shakespeares "Antonius und Cleopatra" (Schiller Theater Berlin) und Goethes Clavigo in Hamburg.
Ab 1966 Verpflichtungen an die Münchner Kammerspiele, denen er ab 1977 fest angehörte.
In Dieter Dorns Inszenierungen spielte er den Malvolio in Shakespeares "Was ihr wollt", Dr. Schön in Wedekinds "Lulu", Thoas in Goethes "Iphigenie auf Tauris", Antonio in "Torquato Tasso" von Goethe, König Artus in Dorsts "Merlin oder Das wüste Land", Agamemnon in Shakespeares "Troilus und Cressida", Graf Gloucester in "König Lear", Prospero in Shakespeares „Der Sturm“ und Robert in „Der Schein trügt“ von Thomas Bernhard. Außerdem u. a. den Holofernes in Hebbels "Judith" (Regie Frank-Patrick Steckel), Wladimir in Becketts "Warten auf Godot" (Regie George Tabori), Theseus in Racines "Phädra" (Regie Alexander Lang), Ritter in "Alice im Wunderland" von Lewis Carrol/Peter Zadek (Regie Peter Zadek). Gastrollen: Bassa Selim in Mozarts "Die Entführung aus dem Serail" (Regie August Everding) an der Bayerischen Staatsoper; an der Schaubühne Berlin den Hermokrates in Marivaux’ "Der Triumph der Liebe" (Regie Luc Bondy).
1989 wurde Thomas Holtzmann der Fritz-Kortner-Preis verliehen.
Mit Dieter Dorn ging er 2001 ans Bayerische Staatsschauspiel.
Rollen seit 2001 am Bayerischen Staatsschauspiel: Antonio in Der Kaufmann von Venedig von William Shakespeare (Regie Dieter Dorn), Robert in Der Schein trügt von Thomas Bernhard (Regie Dieter Dorn), Hamm in Endspiel von Samuel Beckett (Regie Barbara Frey), Alexander Wladimirowitsch Serebrjakow in Onkel Wanja von Anton Tschechow (Regie Barbara Frey), Henrik in der Uraufführung Die eine und die andere von Botho Strauß (Regie Dieter Dorn).
