С 1967 года был командиром взвода и роты в группе советских войск в Германии, начальником штаба и командиром батальона в Одесском военном округе. С 1979 года служил в Забайкальском военном округе командиром полка, замкомандира дивизии. В 1984-1986 годах — замкомандира дивизии в Закавказском военном округе. В 1988 году назначен комдивом в Центральную группу войск. С апреля 1992 года — начальник штаба 14-й общевойсковой армии в Приднестровье (армией командовал Александр Лебедь). С мая 1995 года — замкомандующего войсками Северо-Кавказского военного округа по боевой подготовке, начальник управления боевой подготовки СКВО (командующий войсками СКВО — Анатолий Квашнин). С ноября 1995 года командовал группировкой войск Минобороны в Чеченской республике, с 3 января 1996 года — объединенной группировкой войск. В сентябре 1996 года, после подписания Хасавюртовских соглашений, пытался приостановить вывод войск из Чечни до решения вопроса об обмене пленными. С марта 1997 года — начальник штаба Уральского военного округа. 30 декабря 1999 года назначен командующим УрВО. 22 января 2000 года назначен замминистра внутренних дел РФ, главнокомандующим внутренними войсками МВД России (главой МВД был Владимир Рушайло), сохранил должность с приходом на пост министра Бориса Грызлова, а затем Рашида Нургалиева. 6 ноября 2002 года присвоено звание генерал армии.
Имеет орден "За заслуги перед Отечеством" IV степени и золотой почетный знак "Общественное признание".Женат. По данным СМИ, сын Вячеслава Тихомирова — офицер, погиб в ходе первой чеченской кампании.